E. rasulov, U. Begimqulov
ailuvchi-fotonlardan iborat ekan dedi. Fotoeffekt, kompton effeKt, po-
Download 11.27 Mb. Pdf ko'rish
|
ailuvchi-fotonlardan iborat ekan dedi. Fotoeffekt, kompton effeKt, po- ■ sitron-eleKtron juftligini tug'ilishi va rentgen nurlarining m oddalarga I ta’siri Kabi hodisalar Kvant nazariyddagi energiyaning va impulsning saqlanish qonunlari asosida t o ia tushuntirildi. l Bu mavzuni o'q ig a n talaba Plankni, Kvant g'oyasi bilan Ejm- Í shteynning Kvant g'oyasi orasidagi farqni t o ia ko'ra bilishi, saqlanish qonunlarini qo'yilgan masalalarga tatbiq eta olishi KeraK. Yorug'ÜK- ning uzlukliügi va Kvant tabiati haqida to 'g 'ri tasaw u r paydo bo'lishi KeraK. Mavzu qahramoni 1. Albert Eynshteyn (1879-1955) Germaniyaning Ulm shahrida tu- ' s,i' g'ilgan. 1914-33-yiIIarda Germaniyada ishlagan. So^ng umrining oxiri- gacha Amerikada yashagan. 300 dan ortiq ilm iy asar yozgan. X X asrning genial fizigi. 1921-yilda nazariy fiziKada va ayniqsa, fotoelek- trik effekti hodisasini Kashf etgani uchun N ob el muKofotiga sazovor bo'lgan. 2. Karl Devid Anderson, AQSh ning N yu-Y ork shahrida 1905-yilda tug'ilgan. Rentgen nurlanishi, gamma nurlanishi va KosmiK nurlarni tekshirishdagi Katta xizmatlari uchun 1936-yilda Sh.F.Gess bilan bir- galikda N ob el mukofitiga sazovor bo'lgan. 3. Vilgelm Konrad Rentgen, 1901-yilda o'zinin g nomi biian ata ladigan rentgen nurlarini Kashf etganligi uchun N o b e l muKofoti berilgan. 53 'Sfe-tïlitr !'ilii¡ |ii| lii|iiijii,|iii, 11 .liiii' l'i ¡I ' , ¡ *1 ' I ‘ ! 'I I, I II I,‘ .. K V A N T F I Z I K A S I III bob. Y O R U G L IK N IN G K V A N T N A Z A R W SI. E Y N S H T E Y N N IN G SAQLANISH Q O N U N L A R I 3.1. Yom giiK ning tabiati. Eynshteynning fotonlar nazariyasi Ossillatorlarni kvantlash haqidagi PlanK g'oyasi absolut qora jism ning nurlanish muammosini t o ia -t o ‘kis hal qildi va jismlarning nurlanish energiyasini yutish va chiqarish jarayoni uzlukli ravishda yuz berishini ko'rsatdi. Klassix fizixa tasawurida yechib b o im a y d ig an masala hal qilindi, bu esa fan tarixida buyuK burilisb edi. Lekin PlanK o ’z g'oyasini eleKtromagnit nurlanishiga qo'llanadi. Nurlanishning tarqalish jarayonlari, yorug'ÜKning tabiati haqidagi muammolar hali ham KlassiK nazariya qonuniyati asosida tushuntirilar edi. Uzlukli kat taliklar tushunchasi, ya’ni PlanK g'oyasi eleKtrodinamiKa nazariyasiga hah kirib kelgani y o 'q edi. 1905-yiIda albert Eynshteyn PlanK ossillatorini kvantlash g'o y a s in i yanada o lg ’a surib, eleKtromagnit nurlanishga tatbiq edi. PlanK fo r mulasi en erg iya b o 'y ic h a o'rtach a taqsim ot beradi. Nurlanish e n e r giya si zich ligin i fluktuatsiyani chuqur tahlil q ilg a n Eynshteyn Kvant xususiyat umuman yoru g'liK K a tegish li xususiyat d eg a n xu losaga Keldi. Eynshteynning y o ru g 'liK kvantlari haqidagi yangi gip oteza siga ko'ra, m on oxrom atik yorug'ÜK dastasi hv en erg iya ga va yo ru g 'h K tezlig id a haraKat qilu vch i kvan tlardan-korpu sku la-foton lardan iborat- dir. (Foton atamasi 1926-yilda D.Lyuis tom onidan kiritilgan. 1927-yilda eleKtronlar va fo ton la r m avzusiga bag'ish la n ga n S o lv e y e v kongressida yoru g'Ü K zarrasiga rasm iy ravishda foton ismi beriladi). Enshteyn g ip o - tezasiga ko'ra PlanK ossillatori yorug'ÜK kvantini chiqarish yoKi yutish h isob iga o 'z en ergiya sin i o'zgartiradi. Foton zarra b o 'lg a n lig i sababü u E en ergiya E ga ega b o 'lish i bilan birga p = — im pulsga e g a b o 'lish i c zarurligini Eynshteyn angladi. K ~ to 'lq in vek to ri tushunchasini kiri- tayük. T o 'lq in vektorning komponentlari , 1 n , I n „ , 2 n K = - 7-C 0S «, = — cos/?, k^ = — cos/ A Á À g a teng, b u n d a À - to 'lq in uzunliK, c o s « , COSyô, COS/ yo ru g 'Ü K to 'lq in ig a norm al b o 'lg a n yo'naltiruvchi kosinuslar. Bu h o ld a y oru g'Ü K im pulsini veKtor ko'rin ish d a yozish mumKin: K V A N T F I Z I K A S I p = ñ k • Shunday qilib Eynshteynning foton nazariyasiga ko'ra iKKita for mula hosil qilamiz: E = hv = h(x), (3.1) (3.2.) p = h k . h (3.1) va (3.2.) formulalarda n = ----- bo'ladi. I n (3.1) va (3.2.) formulalar yorug'liKni Kvant nazariyasining asosiy tenglamalari deyiladi. Bu tenglamalar yorag'ÜK Kvanti energiyasi E va impulsi r ni yassi monoxromatiK to'lqinning chastotasi va to'lqin uzunligi bilan bog'laydi. Shunday qilib, yorug'liK tabiatiga aniqliK Kiritildi. EleKtromagnit maydonning Kvantlari - bu fotonlardir. Fot onning tinchliKdagi massasi nolga teng. Fotonning tinctüiKdagi massasi degan tushuncha m a’noga ega emas, ya’ni foton faqat haraKatda mavjuddir. 3.2. Yorug‘lÍK Kvanti uchun saqlanish qonunlari Yorug'liKning Kvant nazariyasiga k o 'ra, yorug'liK ni (eleK trom agnit nurlanishni) ñ ü ) energiyaga va h k impulsga ega bo'lgan zarralardan (fotonlardan) tashKil topgan gaz sifatida tasaw u r qilish mumKin. LeKin yorug'ÜKning Kvant nazariyasining m a’nosi yanada chuqurroq bo'lib, yorug'ÜKning moddalar bilan o'zaro ta’sirini energiya va impuls saqlash qonunlari orqali ifodalashdir. Yorug'liK va miKrosistemalar (eleKtron, atom, moleKula va h.k.) orasida bo'ladigan energiya va impuls almashuvi bir Kvantni paydo bo'lishi va iKKinchi boshqa yorug'liK Kvantini yo'qolishi hisobiga bo'ladi. Bu fiKr y o ru g 'liK bilan o'zaro ta’sirda b o'lgan sistemalar uchun energiya va impulsning saqlanish qonunlarini formulasini yozishga imKoniyat beradi. Natijada, KlassiK fiziKada jismlarning to'qnashish iarayonlari uchun yoziladigan saqlash qonunlariga o'xshagan saqlash qonunlarini foton va miKro sistemalar uchun ham yozsa bo'ladi va bu o 'z navbatida miKromas- shtabda fiziKaviy KattaliKlarning miqdorini hisoblash matematiKasini beradi. Foton bilan eleKtronning to'qnashishi (o'zaro ta’sir) jarayoni uchun energiya va impulsning saqlanish qonun larin i ko'rayliK. Foton va eleKtrondan tashKÜ topgan sistemani to'qnashguncha bo Igan energiyasi va impulsini E va p , to'qnashish sodir bo'lgandan so ng sistemaning energiyasi va impulsini £, va p^ deyliK. hCü va h k I 55 K V A N T F I Z I K A S I y o r u g iiK Kvantining to 'q n a sh g u n c h a energiyasi v a im pulsi, t o 'q n a shish r o 'y b e rg a n d a n Keyin y o ru g'h K Kvantining en ergiyasi va im pulsi va hk^ bo'lsin. Endi «to'qnashish» so'ziga aniq ma’no beramiz. Foton va eleKtron- ning o'zaro ta’siri natijasida chastotasi CO v a k yo'nalishdagi eleKtro- magnit to'lqinning energiyasi va impulsi mos ravishda fiCO va hk ga (yorug'liK Kvanti y o ‘qoldi) Kamaydi, íW, chastotaga va k^ yo'nalishdagi boshqa eleKtromagnit to'lqinin ing energiyasi va im pulsi hü\ va hk^ ga ortdi (y o ru g ‘lÍK Kvanti p ay d o b o 'ld i). Bu holni matematiKa nuqtayi nazaridan quyidagicha yozish mumKin; h(ú + E = E^ (3.3) h k + p = ñk^ + pi (3.4) (3.3) va (3.4) íoTmulalar fotonlar bilan miKrozarralarning o'za ro ta’sirini xaraKterlaydigan saqlanish qonunlaridir. Kvant nazariyada ushbu energiya va impulsning saqlanish qonunlari yorug'liK va m od dalar orasidagi bo'ladigan jarayonlarni miqdoriy hisoblashga imKon beradigan universal tenglamalardir. Yorug'liKni yutilishi, nurlanishi va sochilishi Kabi uchta asosiy jarayonni (3.3) va (3.4) tenglamalar qamrab oigan. Shu jarayonlarni ko'rayhK: 1. Utilish jarayoni. A gar ¿ü, = O bo'lsa, u holda = 0 . Bu holda (3.3) va (3.4) tenglamalami quyidagicha yozish mumKin: htö + E^ = £ , , hk — p , bunda E q - eleKtronni bog'lanish energiyasi. Natijada, ñco yorag'ÜK Kvanti yutiladi. FotoeffeKt hodisasi bunga yaqqol misol b o ' ladi (Keyingi bobda fotoeffeKtni ko'ramiz). 2. Nurlanish (chiqarish) jarayoni. Agar co = O bo'lsa k = 0 , u hol da (3.3) va (3.4) tenglamalar hü) Kvantga teng nurlanishni xaraK- terlaydi. 3. Sochilish jarayoni. A gar Ù) va C0^ chastotalar noldan farqli b o 'l sa (3.3) va (3.4) tenglamalar yorag'liKning, sochilishini xaraKterlaydi; bu holda .hú) va hk mos ravishda Äiü, va M , ga teng b o 'lg a n bosh qa Kvantga aylanadi. Kompton effeKti bunga misol bo'ladi. (3.3) va (3.4) k o 'rin ish d a g i energiya va im pulsin in g saqlanish qon un in i KlassiK fiziKa ta s a w u rid a turib talqin q ilib bo 'lm a y d i. Bu tenglam alar matematiK ko'rinishi jih.itidan KlassiK fiziKadagi energiya va im pulsn in g saqlanish qon u n lariga o 'x sh a g a n b o 'ls a ham, ularn in g 56 K V A N T F I Z I K A S I fiziK m a’nosi yorugiiK ni to'lqin tasaw uriga ham, KorpusKular tasav- vurga ham ziddir. MexaniKada qo'Ilaniladigan energiyada saqlanish qonunida Kine- tiK energiyaning qiymati v tezliK bilan (o) chastota bilan emas) b e l gilanadi. MexaniK to'qnashishda, to'qnashgandan so'n g zarralarning teziigi o'zgaradi, bizning (3.3) da tezliK o'zgarmaydi. T o'lqin naza riyaga ko'ra. to'lqin maydonining energiyasi to'Iqinni ш chastotasi bilan emas, balKi shu maydonni hosil qiluvchi To'lqin amplitudasi bilan aniqlanadi. LeKin iKKinchi tomondan chastota bilan amplitudani bir-biriga bog'Iaydigan formulani biz bilmaymiz. K o'rib turibsizKi, yuzaKi mulohazalar ham (3.3) va (3.4) qonuniyatlarning KlassiK qon u - " niyatlarga zid eKanligini ko'rsatadi. (3.3) va (3.4) saqlanish qonunlari yorug'ÜKni iKKiyoqlama xususiyati to'lqin va KorpusKular xossalarni inobatga oigan tenglamalar bo'lib, uning tasawuri KlassiK fiziKaning tasawuriga nisbatan boyroqdir. Hozirgi zamon eleKtromagnit maydonining Kvant nazariyasi yorug'- liKni shu ÍKKÍ tomoni, y a ’ni y o m g 'l iK n in g d u a lizm xaraK terini hisobga oladi. 3.3. Fotonlar Foton tom ma’ noda relativistik zarra; u doimo уош д'Ик tezligida haraKat qiladi. Shuning uchun fotonning massasi, impulsi va energiyasi maxsus nisbiyÜK nazariyasining formulalari yordamida hisoblanishi кегак. Maxsus nisbiyliK nazariyasiga ko'ra, istalgan zarraning massasi (3.5) r ~ formula bilan topiladi. Foton uchun v = c, bu holda (3.5) formulaning raahraji nolga aylanadi. Bundan chiqadiKi, fotonning tinchliKdagi massasi nolga teng bo'lishi yoKi uning energiyasi E = mc^ cheKsizga teng bo'lishi кегак edi. Shu sababga ko'ra ham foton doim haraKatda, u hech qachon tinch holatda bo'lmaydi. mo = 0 da fotonning impulsi formulaga ko'ra, bilan aniqlanadi. (3.6) E с P - ~ (3.7) 57 E — hv boigani uchun fotonning impulsi toiqin uzunliK bilan Av h P = - — (3.8) munosabat orqali bogiangan. Foton energiyaga ega boigani uchun, bu energiya massaga ayla- nishi mumxin. Bu hodisa p>ozitron va elextron tugilishi jarayonida (3.1-rasm) ro‘y beradi. elektron Og-ir yadro O A A A A A A / - > # foton pozitron 3.1-pasM. Juftlixning tug‘ilishi; fotonning yo'qolib eleKtpon va pozitponning paydo boiishi. 3.4. EleKtron-pozitron jufUigining tug^ilishi Pol DiraK 1928-yilda eleKtronning relativistik to iq in tenglam asi Kutilayotgan yechim ga nisbatan íkkí marta k o 'p yechim berishini aniq- ladi. DiraK bu yechim lam ing yarmisi manfiy energiyaga ega bo'lgan eleKtronlar uchun tegishli degan fiKrni berdi. Kvant nazariyaga binoan m iKrosistemada disKret o'tish lar m avjud b o 'lgan ligi uchun manfiy energiyaga ega bo'lgan holatlarni inKor etish noo'rin edi. DiraK ana shu «n o o 'rin y e c h im »n i m usbat zaryad e* ga e g a bo'lgan zarralarga tegishli deb atadi. Keyinroq bu zarraga pozitron degan nom berildi. 1932-yilda Karl Anderson bu zarrani izini (treKni) KosmiK nurlarni o'rganayotgan paytda Vilson Kamerasida Kuzatdi. EleKtron va pozitron zaryadlarining absolut qiymatlari teng bo'lib, pozitron zaryadining ishorasi musbat, eleKtron zaryadining ishorasi esa manfiydir. Shuning uchun pozitronni antieleKtron deb ham atashadi. RadloaKtiv yad rolarn in g yem irilishida pozitron p a y d o b o 'lis h i K u zatilgan. Masalan, fosforn ing radioaKtiv izotopi “ p ni yem irilishida pozitronlarni p ay d o b o 'lis h i Kuzatilgan. Katta e n e rg iy a g a e g a b o 'lg a n y (gam m a) nurlar m o d d a d a n o 'tg a n d a ham pozitron p ay d o b o 'la d i. Y adron in g eleKtr m ayd on id an o 'ta y o ig a n / -K v a n t ham e leK tron -p ozi- tron juftligi tu g'iladi. K V A N T F I Z I K A S I Energiyaning saqlanish qonuniga muvofiq tushayotgan fotonning eng KichiK energiyasi (3.9) yoKi = l0 2 M s B bu formulada fotonning to iq in uzunligi c = 0.0122-10-'“ M = 0,0122 Л ga teng eKanini topamiz. Bu holda уикзак energiyaga ega b o ig a n gamma-Kvant hosil b o ia d i. Bir jinsh magnit maydonda eleKtron-pozitron juftligini paydo bo iish i uchun energiyaning saqlanish qonunining quyidagicha yozish mumicin: ЛУ + = (л^- с' + К ")+ ( Ч с' + К*)л-[м^г + К , ) > (3.10) bunda h v - tushayotgan foton energiyasi ^íoS^ - yadroning tinchliKdagi energiyasi, { m ^ c ^ + K ") - eleKtronning umumiy energiyasi. { m ¡ c ^ + K + ) - pozitronning umumiy energiyasi. [ m „ c ^ + K ^ „ ] - yadroning umumiy energiyasi. K * va K ~ - mos ravishda pozitron va eleKtronning KinetiK energiyasi, m 'c ^ - eleKtronnlng tinchliKdagi energiyasi, - pozi tronning tinchliKdagi energiyasi va Kya - yadroning KinetiK energiyasi. EleKtron va pozitron zarralariga nisbatan yadroning massasi ancha Katta va u KichiK tezÜKKa ega b o ig a n lig i uchun Kya = 0 deb olamiz, u holda (3.10) tenglama hv + = (лто + K ' ) + (лтр + i f " ) (3.11) ko'rinishga Keladi. Bir jinsli magnit maydonda paydo bo 'lg a n eleKtron va pozitron doiraviy orbitalar bo'yicha bir-biriga tesKari yo'nalishda haraKat qila dilar. Tajribada magnit maydon indUKsiyasi v ni qiymati m aiu m bo'lgani uchun Vilson Kamerasida paydo b o 'lg a n zarralar traeKto- riyasining egrillK radiusini (r= r'= r*) o'lchash mumKin. Natijada, eleKtron-pozitron juftligining har bir 7,arrasining impulsini p = m v = e B r ( 3 . 12 ) formula yordamida topamiz (bunda e-eleKtron yoKi pozitronning zaryadi). Zarralarning umumiy energiyasi (3.6) ga ko'ra E = (3.13) 59 K V A N T F I Z I K A S I b o ig a n i uchun eleKtron yoKi pozitronning energiyasi E = {{. [eB rcf (3.14) elektron O pozitron Pozitron eleK tron ga nisbatan antizarradir. 1955-yilda C h em berlen, Segre, V ig e n d va Ipsilantis (A Q S H ) p ro ton -an tiproton tu g iU sh in i esKperim ental Kuzatdilar. X u d d i shu yih n eytron -an tin eytron ju ftlig i hosil b o iis h i esKperim entda tasdiqlandi. 1936-yilda pozitronni Kashf etganligi munosabati bilan K.D.Ander- songa N obel muKofoti berildi. 3.5. JuftllKning annigilatsiyasi (yo‘qolishi) EleK tron -pozitron ju ftlig in i hosil b o iis h ig a tesKari b o ig a n jarayon ju ítlix n in g annigilya-tsiyasi deb ataladi. A nn igilatsiya jarayon ida zarra- lardan biri o 'z in in g antizarrasi (pozitron) bilan birlashib gam m a-nu rga aylanadi. Falsafiy tilda aytganda «m o d d a y o 'q o lib » 22 m aydon «h o sil b o 'la d i», m ateriyan in g sifatli o 'z g a r i shi r o 'y beradi. JuftliKning hosil b o ' lishi jarayon ida p a yd o b o 'lg a n p o z it ronning yashash va q ti juda qisqa, shunga qaram ay eleK tron bilan t o 'q nashishi jarayonida KinetiK energiya sin ing k o 'p qism in i y o 'q o tg a n p o z it ron eleKtron bilan b o g'la n ib , pozit- roniy atomi h osil qilishi mumKin. 3.2a-rasmda p o zitro n iy sistem asi hosil b o 'lish i va 3.2b-rasm da esa fo to n la r ning tug'ihshi tasvirlangan. Pozitron bilan eleKtron annigilatsiyasi r o 'y berguncha po zitron yashaydi. A n n ig i latsiya jarayon ida u m u m iy en ergiya (unga eleK tron -p o zitron ju ftligin in g tinchliKdagi en erg iya si ham Kiradi) fo ton n in g en ergiya siga aylanadi. JuftliKning annigilatsiyasida ham ju ftliKning tu g 'ilish id a g ig a o'xshab impuls m om en ti saqlanishi xeraK. M o d d a n i pozitron lar bilan nurlantirganda ann igilatsiya jarayon i r o 'y beradi. M oddalam i pozitron bilan nurlantirganda anniglatsiya hodisasi sodir bo'ladi. Anniglatsiya jarayoni uchun + e" = rr/ (3.15) reaKsiyani yozish mumKin (bunda ^-foton , n-fotonlar soni). Annig- latsiya paytida iKKitadan ortiq {n > '^) foton hosil b o 'la d i, chunKi bitta foton uchun energiya va im pulsning saqlanish qon u n i bajarilm aydi. Pozitroniy a) <-%AA/VP ' W W - > Fotonlarning tug'ilishi b) 3.2-pasM. JuftliKning tug'ilishi: fotonning yo 'q o lib, eleKtpon va pozitponning paydo bo'lishi. K V A N T F I Z I K A S I EleKtron va pozitron to'qnashish momentida tinch turgan bo'lsalar, u holda sistemaning dastlabKi holatdagi impulsi nolga teng. Impulsning saqlanish qonuniga ko'ra, sistemaning to'qnashgandan Keyingi hola tining impulsi ham nolga teng bo'lishi кегак. Yagona foton uchun impulsning saqlanish qonuni bajarilmaydi. Shunga ko'ra iKKala foton ham bir xil m iqdordagi impulsga ega bo'lishi, yo'nalishlari esa bir- biriga qarama-qarshi bo'lishi кегак. Bu shartdan bu fotonlarning ener giyalari ham, chastotalari ham tengligi Kelib chiqadi. Energiyaning saqlanish qonuniga binoan bundan Download 11.27 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling