1-tema Kirisiw. Fizika pa`ninin` teoriyalıq ha`m eksperimental metodları
-tema Fundamental o`z-ara ta`sirler
Download 223.36 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Kushli o`z-ara ta`sir.
- Kushsiz o`z-ara ta`sir.
- 6-tema Yadro fizikası elementleri
- Radioaktiv emirilish.
- 7-tema Elementar bo`lekshelar ha`m maydan kvantlarının` bir-birine aylanıwı (o`tiwleri
|
5-tema Fundamental o`z-ara ta`sirler
en` zaifidir. Tabiatda mavjud turtta o`z-ara tasirlar ichida bolekshelernin` o`z-ara gravitatsiya tasiri uni xarakterlovchi uakıtnin` juda kattaligi ( ∼ 10
sek) va un`a xos tasir kushinin` juda kichikligi (10 -38 ) sababli xozirgeshe elementar boleksheler teoriyasida deyarli eotiborga olinmaydi.
Gravitatsion o`z-ara tasir ozinin` uchta muxim xususiyati - cheksiz katta tasir doirasiga iyeligi, absolyut universalligi va xar kanday eki massa urtasidagi tasir kushi isharasınin` bir xilligiga tiykarınan putkil Koinotda, astronomik masshtablarda tiykargı rolp uynaydi. Uchinchi xususiyatiga tiykarınan gravitatsion o`z-ara tasir kushi shu tasirdagi denelarnin` massalari ortishi menen tez ortadi.
Shu sababli elementar boleksheler teoriyasinin` oxirgi yutuklari gravitatsion o`z- ara tasir katta energiyalik boleksheler dun`yaida munosib urin`a iye bolıui mumkinligini kursatdi. Xakikatdan jokarı energiyageshe tezlatilgan bolekshelernin` relyativistik massasi ortishi menen gravitatsion o`z-ara tasir sezilarli buladi. Elektromagnit maydon`a kiyos kilib gravitatsion o`z-ara tasir gravitonlar dep ataluvchi boleksheler vositasida vujudga keladi dep xisoblanadi. Xar kanday dene, boleksheler ozidan gravitonlar chikarib turadi. Gravitonnin` xarakatsiz xoldagi massasi 10 -39 - 10
-42 Mev ga, yaoni deyarli nolga ten`, xarakat tezligi yoru`lik tezligidan biroz kam, spini ekiga ten`. Gravitonnin` tulkin uzunligi 10 28 sm. Bu kattalik koinotnin` radiusiga ten` keladi. Gravitatsion o`z-ara tasirni xarakterlovchi uakıtnin` va gravitonlar tulkin uzunliginin` cheksiz kattaligi bu tasirnin` putkil Dun`ya buylab deyarli sunmasdan tarkalishiga sabab buladi. Shunday kilib gravitatsiya maydani menen o`z-ara tasirda buladigan xar kanday bolekshe ushın gravitonlar xar doim realdir. Real gravitonsiz xech kanday xolatnin` bolıui mumkin emas. Bu fikr xar kanday o`z-ara tasirda xam ishirok kiluvchi gravitatsiya maydani universial ekanligini kursatadi.
bunda g - kushli o`z-ara tasir “zaryadi” (mezon zaryadi). Kushli tasirnin` tiykargı xossalari:
a) tasir radiusi juda kichik b) yadrolar barkarorligini taominlaydi
v) universal emas g) en` jokarı simmetriyaga iye
d) yadroda nuklonlar π o , π ± , K ± kabi mezonlar almashinish tufayli bo`lanadi, kvarklar esa glyuonlar almashinadi. Elektromagnit o`z-ara ta`sir. Elektromagnit kushler nisbatan yaxshirok urganilgan. Bolekshelernin` o`z-ara elektromagnit tasirlashuv kushi kushli o`z-ara tasirga karaganda ancha ojiz, baska kushlerga nisbatan esa uta kushlidir. Elektromagnit kushlerinin` taocir doirasi 10 -12 sm dan tortib kosmik masofalargeshe davom etadi. Kupchilik fizikaviy xodisalar: atomlar va molekulalar tozilishi, kristallar, ximiyaviy reaktsiyalar, denelarnin` termik va mexanikaviy xususiyatlari, radiotulkinlar, kuyosh va yulduzlarnin` nurlanishi va xokazo xodisalar elektromagnit kushlerinin` tasir doirasiga kiradilar.
Elektromagnit o`z-ara tasir xar xil bolekshelerda xar xil shiddat menen namoyon buladi. Elektr zaryadiga iye bulgan bolekshelerda en` katta elektromagnit o`z-ara tasir kushleri vujudga keladi. Massasi va spini nolga ten` bulmagan zaryadsiz boleksheler o`z- ara kushsizrok elektromagnit tasirda buladilar. En` kushsiz elektromagnit o`z-ara tasirga neytral, spinsiz boleksheler, maselen neytral pi-mezon iyedir. Bolekshelerdan neytrino elektromagnit tasirni deyarli sezmaydi.
Elektromagnit o`z-ara tasirni nozik tozilish doimiysi dep ataluvchi olshemsiz kattalik xarakterlaydi: α = 137 1 2 ≈ c e h . Elektromagnit o`z-ara tasir bolekshelernin` ozidan foton chikarib va yutib turishi jarayonida xosil buladi dep tu`sindiriledi. Bunday jarayon xam virtual, yaoni kuzatib bulmaydigan jarayondir.
bolekshelerdan fakat neytrino bulmas edi. Yadrolar, atomlar, molekulalar, kristallar mavjud bulaverardi. Fakat barkaror boleksheler soni va binobarin, atomlar va materiyanin` tozilish shakllari ancha kup bulardi. Kushsiz o`z-ara tasirnin` mavjudligi baozi bir zarrralarni va natiyjeda denelarnin` baozi tozilish shakllarini barkaror kiladi. Shunday kilib, kushsiz o`z-ara tasir kuprok bolekshelernin` parchalanishi boyınsha “mutaxassisdir”. Maselen, myu-mezonlar, zaryadli pi-mezonlar, neytron va baska bir gurux o`ir bolekshelernin` parchalanishi fakat kushsiz o`z-ara tasir orkaligina ruy beredi. Kushsiz o`z-ara tasir jarayonlarinin` bunchalik xilma-xilligiga karamasdan ularnin` xammasi ushın doimiy bitta: 14 4 2 10 5 − − ⋅ ≈ mc c G h h , mc h - parchalanuvchi bolekshenin` kompton tulkin uzunligi, G - parchalanish jarayoni ushın bo`lanish doimiysi.
Kushsiz o`z-ara tasir doirasinin` radiusi en` kiska bulib, taxminan 10 -16 sm ga ten`. Kushsiz o`z-ara tasirni tashuvchi boleksheler W ± va Z o aralık bozonlardir.
Kushsiz o`z-ara tasir kushli va elektromagnit o`z-ara tasirlarga karaganda kamrok simmetriyaga iye, yaoni kushsiz o`z-ara tasirlarda saklanish nızamlari kuprok boziladi.
6-tema Yadro fizikası elementleri
Yadro olshemlari menen tanishgandan sun` kuyidagicha muloxaza yuritishimiz mumkin. Yadro sostavıdagi eki proton arasıda, Kulon nızamiga tiykarınan, mugdarı Н r e e F k 34 4 2 0 ≈ ∗ = πε bulgan o`z-ara itarishish kushi tasir kilishi lazım. O`ir yadrolarda (bu yadrolarda bir necha unlab protonlar mavjud) esa, kulon kushinin` mugdarı bir necha min` npyuton`a etadi. Bunday kushler tasirida yadrodagi protonlar tarkab ketishi lazım edi. Vaxolanki, barkaror yadrolar mavjud. Balki yadrolar barkarorliginin` sababini nuklonlar arasıdagi o`z-ara tartısıu gravitatsion kushlerinin` tasiri menen tusintirish mumkindir. Birak eki proton arasıdagi gravitatsion kushnin` mugdarı
36 2 10 28 − ∗ ≈ ∗ = γ
ga ten`, yaoni gravitatsion kush kulon kushidan taxminan 10 36 marta kichik. Shunin` ushın barkaror yadrolarnin` mavjudligini yadro ichida tartısıu xarakteriga iye bulgan kudratli Yadrolık kushler menen tu`sindiriledi. Radioaktiv emirilish. Radioaktivlikni tusinush ha`m ol xakkında tasavvurga iye bolıu ushın geliy atomini −
maolumki vodorod atomi bitta planetar elektron va yadrodagi protondan tashkil topgan. Geliy atomida esa, ekita planetar elektron va unin` yadrosida ekita proton, ekita neytronlar mavjuddir. Xullas kalom, geliy atomi turta vodorod atomiga ekvivalentdir yaki turt atom birliklariga iyedir.
Jokarıda kilin`an xisob-kitoblar shuni kursatadiki, geliy yadrosi paydo bolıu jarayonida 0,030359 m.a.b. energiyaga aylanadi. Shu tarzda Kuyosh uz energiyasini kaerdan olayotganini tushinish mumkin buladi.
1896 yilda frantsuz olimi Bekkerel uran elementidan fotografiya plastinkasiga tasir etuvchi nomaolum nurlar chikishini anikladi. Keyinchalik bunday nurlarni baska elementlar (toriy, radiy, poloniy) xam chikarishi Pper Kyuri va Mariya Kyuri- Sklodovskayalar tomonidan aniklandi. Bu xodisa radioaktivlik dep ataldi. Nurlarnin` ozi
Radioaktiv nurlarnin` kelib chikishi, tabiati, ularnin` baska moddalarga tasiri kabi kator xossalarini tekshirish ken` rivojlandi. Jumladan, bu nurlar magnit maydan tasirida, uch yunalishda tarkalar ekan. Birinshi toifa nurlar dastlabki yunalishidan un` tarafga, ekinchi toifa nurlar esa chap tarafga burilar, uchinchi xil nurlar esa burilmay uz yunalishida davom etar ekan. Uz - ozidan ravshanki, magnit maydanda karama - karshi tomon`a burilgan nurlar turli ishorali elektr zaryadiga iye bolıui kerak. Uchinchi nurlarnin` xususiyati rentgen nurlariga uxshab ketadi, chunki rentgen nurlariga xam magnit maydan tasir kilmas edi.
Radioaktivlikni xar tomonlama tekshirish natiyjesida musbat elektr zaryadiga iye bulgan radioaktiv nurlar α - boleksheler ekanligi aniklandi. α - boleksheler − uz
elektronlarini yukotgan geliy atomlaridir. Manfiy zaryadga iye bulgan boleksheler elektronlar okimi ekan, ular β - boleksheler dep nom oldi. Magnit maydan tasiriga uchramagan nurlar chastotasi jokarı bulgan γ - nurlardir. α
− boleksheler fakat atom yadrosi sostavı uzgarishi tufayli chikishi mumkin. Shunin`dek, β - nurlarnin` chikishi xam element xususiyatinin` uzgarishi, unin` baska elementga aylanishi menen bo`lan`an. γ - nurlarnin` manbai xam yadrodagi uzgarishlardir. Demak, chikayotgan xamma radioaktiv nurlar atom yadrosidagi uzgarishlar tufayli vujudga keladi.
Turli radioaktiv elementlar turli tezlik menen nur chikarib, baska elementga aylanar ekan. Xar bir radioaktiv modda ushın anik uakıt intervali mavjud bulib, shu uakıt davomida aktivlik eki marta kamayadi. Bu uakıt yarim emirilish davri dep ataladi. Agar boshlan`ich t = 0 uakıtda mavjud bulgan atomlar soni N 0 ga ten` bulsa, t uakıt utgandan keyin kolgan yadrolar soni N kuyidagicha aniklanadi. T t e N N − = 0
Bunda T
− yarim emirilish davri. Radioaktiv yadrolarnin` uakıt mobaynida kamayishi
λ − = 0 formula yordamida ifodalanishi xam mumkin. Bunda λ - emirilish doimiysi bulib, u uakıt birligi ichida umumiy yadrolarnin` kancha kismi emirilishini kursatadi. Emirilish doimiysi λ menen yarim emirilish davri T urtasida kuyidagi bo`lanish mavjud: λ 693 , 0 = T
Xozirgi uakıtda yarim emirilish davri kiymati juda katta intervalda uzgarishi aniklan`an. Maselen, uran ushın T = 4,5 ∗ 10
9 yil bulsa, baozi elementlar ushın T = 10 − 6
c ga ten`. Atom yadrosi eki turga bulinadi stabil va nostabil. Stabil yadrolarni parchalash ushın sırtkıdan katta kush sarflanishi zarur. Nostabil yadrolar esa, uakıt utishi menen uz- ozidan elementar boleksheler α
element yadrolariga spontan xolda uzgarib utib kaladı. Yadrolarninin` bunday xususiyati radioaktivlik va nostabil yadrolarnin` uzlari esa, radioaktiv yadrolar dep ataladi. Radioaktivlik tabigıy va sunoiy turlariga bulinadi.
(o`tiwleri)
Hazirgi zaman tezletkishlerde bolekshelerni jokarı energiyalar tezlatish imkoniyati elementar bolekshelerni urganishga ken` sharoitlar yaratib berdi. Xususan, antiproton va antineytronlarni kashf etilishi sinxrofazotronda jokarı energiyali protonlar okimini xosil kilish menen bog`lik. Umuman, 1932 yilda elektronnin` antibolekshesi pozitron kuzatilgandan sun`, barlık elementar bolekshelerni antiboleksheleri xam bolıui lazım, degan fikr fizikada mustaxkam urin oldi. Lekin antiproton 23 yildan sun`, yaoni 1955 yilda Chemberlen, Segre, Vigand va Ipsilantis amalga oshirgan tajribada kayd kilindi. Ular 6,3 GeV geshe tezlatilgan protonlar menen mis nishonni nurlatdilar. Bunda jokarı energiyali proton mis yadrosinin` sostavıdagi biror nuklon menen tasirlashadi va kuyidagi reaktsiyalardan biri amalga oshadi: r + r →
р ~
yaki r + n → r + n + r + р ~ - .
Antiprotonnin` elektr zaryadi manfiy, xususiy magnit mamenti mexanik momentga teskari yunalgan. Xuddi elektron va pozitron kabi proton va antiproton o`z- ara annigilyatsiyalanadi. Antiproton neytron menen
tuknashganda xam
annigilyatsiyalanishi mumkin.
Bir yildan sun`, yaoni 1956 yilda (Kork va Lambertson) antineytron kashf kilindi. Antineytronnin` xususiy magnit momentinin` yunalishi mexanik momentnin` yunalishi menen bir xil. U proton yaki neytron menen tuknashganda annigilyatsiyalanishi mumkin.
Keyinchalik ( 1965 ÷ 1966 y.) en` oddiy yadrolar − deyteriy va tritiylarnin` antiyadrolari antideyteriy va antitritiylar kuzatildi.
Xozirgi uakıtda deyarli barlık bolekshelernin` (foton, π 0 , η - mezonlar, Ι
⁄
Ψ - va
T-bolekshelerdan sırtkı) antiboleksheleri mavjudligi aniklan`an. Antiboleksheni balgilash ushın bolekshenin` belgisidan foydalaniladi, fakat belgi tepasiga tulkinli sızıkcha kuyiladi. 19.2-jadvalda elementar boleksheler va ularnin` antiboleksheleri keltirilgan.
Jadvaldan kurinishicha, barlık boleksheler turt gruppa shaklida joylashtirilgan. Birinshi gruppaga ozinin` xususiyatlari menen baska bolekshelerdan ajralib turadigan maydan kvantlari — glyuonlar, foton, aralık bazonlar va gravitonlar kiradi. Leptonlar gruppasi massalari 207 elektron massasidan kichik bulgan en`il bolekshelerdan tashkil topgan. Mezonlar gruppasiga kirgan bolekshelernin` massalari esa leptonlardan o`irrok, lekin barionlar gruppasidagi bolekshelerdan en`ilrok. Shunin` ushın ularni urta massali boleksheler gruppasi desa xam buladi. Mezonlar va barionlar birgalikda umumiy nom menen adronlar (kushli tasirlashuvchi boleksheler) dep nomlanadi.
Bolekshelerni gruppalarga ajratishda ularnin` fakat massalari emas, balki baska xususiyatlari xam eotiborga olin`an. Maselen, leptonlar va barionlarnin` spinlari 1/2 ga (omega
− giperonnin` spini 3/2 ga ten`),mezonlarniki 0 ga, fotonniki esa 1 ga ten`. Boleksheler yana bir xususiyati menen bir − biridan farklanadi. Bu xususiyat −
boleksheler arasıdagi tasir xarakteridir. O`z-ara tasirnin` turt turi mavjudligini jokarıda kursatib utdik.
Barionlar va mezonlar gruppalariga oid bolekshelerda kushli o`z-ara tasir namoyon buladi. Baozi boleksheler bir uakıtnin` ozida bir necha o`z-ara tasirda katnashish kobilyatiga iye. Maselen, proton baska boleksheler menen kushli, elektromagnit, kushsiz o`z-ara tasirlarda bula aladı.
rezonanslar dep ataladigan bolekshelernin` katta gruppasi menen tuldi. Rezonanslarnin` yashash davomiyligi (10 − 22
10 − 23 ) s chamasida. Birinshi marta rezonanslarni 1952 yilda E. Fermi pi − mezonlarnin` protonlarda sochilishini tekshirish jarayonida kuzatgan. Mazkur tajribada π
− mezonlarnin` sochilish extimolligini ularnin` energiyasiga bo`likligini ifodalovchi grafikda keskin maksimum kuzatildi. Bu maksimum xuddi mayatniknin` majburiy tebranishida yuz beredigan rezonans xodisasidagi maksimumga uxshaydi. Kashf etilgan boleksheni rezonans dep atalishi ana shundan kelib chikkan. Umuman, rezonansni bolekshe yaki pi — mezonnin` nuklon`a “yopishgan” xolati dep talkin kilish xozircha xal kilinmagan. Balki, nixoyat kiska uakıtlar davomiyligida (rezonans ushın τ
10 − 22 ÷ 10 − 23 s) bolekshe va pi − mezonnin` nuklon`a “yopishgan” xolati tusiniklarinin` ayırmashılıgı yukdir.
Birak kashf kilin`an rezonanslar soni anchagina bulib koldi va ularni kushib xisoblaganda elementar boleksheler soni uch yuz ellikdan ortib ketdi. Xozirgi zamon tasavvurlariga tiykarınan, maolum bulgan baska bolekshelerdan tashkil topmagan boleksheni elementar dep atash mumkin, xolos. Maselen, vodorod atomi proton va elektrondan iborat. Shunin` ushın uni elementar bolekshe dep bulmaydi. Balki vadorod atomi elementar bolekshelerdan tashkil topgan sistemadir. Neytron − chi? Neytron n → r
+ e − + e ν ~ sxema boyınsha emiriladi, lekin u proton, elektron va antineytrinodan iborat sistema emas, bu boleksheler neytron emirilayotgan laxzada vujudga keladi (xuddi yadronin` uy`on`an xolatidan tiykargı xolatga utishida foton xosil bulganidek). Shunin` ushın xozirgi tasavvurlarga tiykarınan neytron elementar bolekshedir. Birak shun`a karamay, olimlar maoum elementar bolekshelerdan xam elementarrok boleksheler mavjud emasmikan? − degan savolga javob kidirmokdalar. Baozi nazariyotchi fiziklarnin` fikricha, tabiatda xali kashf kilinmagan boleksheler mavjudki, bu bolekshelerdan xozircha elementar dep atalayotgan boleksheler tashkil topgandir.
Xar bir elementar bolekshe unin` oziga xos o`z-ara tasirlardan sırtkı bir kator fizik xarakteristikalarga iye bulib, ularga mos fizik kattaliklarnin` kiymatlari diskret- kvantlashgandir (saklanish nızamlari mavjud):
a) umumiy xarakteristikalar: massa m, yashash uakıti τ , spin S
z , elektr zaryad q;
b) “ichki kvant sonlar”: lepton zaryad L, barion zaryad V, “`alatilik” S, “maftunkorlik” S, “guzallik” v, izotopik spin I, ichki juftlik R.
Elementar bolekshelernin` en` muxim xususiyatlaridan biri shuki, ular tu`ilishi va yukolishi xamda bir-birlariga aylanishlari mumkin. Shuni aloxida takidlash joizki, taza xosil buladigan bolekshechalar dastlabki bolekshechalar sostavıda mavjud bulmasdan, balki ularnin` bevosita tuknashish (sochilish) yaki emirilish jarayonlarida tu`iladi. Maselen,
“annigilyatsiya” -
e - + e
+
→ 2 γ , “kayta zaryadlanish” -
~
+r →
~ n +n , “emirilish” -
-
→ e - + ~ ν νµ
e + , µ +
→ e + + ν νµ
e + ~ ( τ
∼ 10
-6 c),
π + →µ + + νµ , π - →
µ - + ~ νµ ( τ
10 -8 c) Elementar bolekshelernin` aynan bir-birlariga aylanish jarayonlarida ilgari maolum bulmagan bolekshechalarnin` ochilish extimolligi en` jokarıdir. Bunin` ushın oldindan maolum tur`un bolekshelerni mumkin kadar jokarı energiyada bir-birlari menen tuknashtiradilar. Sun`ra bunda kechadigan reaktsiya maxsulotlari va xosil bulgan taza bolekshechalarni emirilish fragmentlari tadkik etiladi. Maselen,
- +r
→ K + + ∑ - ,
r + r → K + + Λ o + r reaktsiyalarda “`alati” boleksheler: K + - mezon, ∑ - va
Λ o - giperonlar kashf kilin`an. |
