Fundamental tasirlashuvlar kuchli elektromagnit va kuchsiz ta'sirlar

Mavzuning dolzarbligi: XXI asr yangi texnologiyalar asri bo’lib, texnologiyalar rivoji bevosita fundamental fanlarning rivoji bilan bog’liq. Kuchli va elektromagnit o’zaro ta’sirlarni uzatuvchi zarrachalar xususiyatlarini o’rganish ustida dunyoning eng yirik labaratoriyalarida ilmiy ishlar olib borilmoqda. Bu zar rachalar xususiyatlari to’la o’rganilsa, Borliq tuzilishidagi tasavvurlar yangi bosqichiga o’tiladi.
Kurs ishning maqsadi va vazifasi: Kuchli va elektromagnit o’zaro ta’sirlarda ishtirok etuvchi zarrachalarning xususiyatlarini nazariy tahlil etish.
- Kuchli o’zaro ta’sirlarda ishtirok etuvchi adronlarni ma’lum xususiyatlariga asosan klassifikatsiyalab o’rganish;
-Elektromagnit o’zaro ta’sirda ishtirok etuvchi zarrachalarning xususiyatlarini o’rganish;
- Kvarklar haqidagi yangi nazariyalar bilan tanishish.
Kurs ishning obyekti va predmeti: Kuchli va elektromagnit o’zaro ta’sirlarda ishtirok etuvchi barcha zarralarning xususiyatlarini o’rganish.
Kurs ishning ilmiy yangiligi va amaliy ahamiyati: Bitiruv malakaviy ishi ilmiy ahamiyatga ega bo’lib, undan fizika ta’lim yo’nalishining talabalari, magistratura mutaxassisliklari magisrtantlari foydalanishlari mumkin.
Kurs ishning Tadqiqot usuli va uslubiyoti:Atom va yadro fizikasi hamda nazariy fizika usullaridan foydalanildi.
Ishning hajmi va tuzilishi: Kurs ishi kirish, 2 bob,xulosa,foydalanilgan adabiyotlardan tashkil topgan.

I BOB. FUNDAMENTAL TASIRLASHUVLAR

1. 
   Kvant sonlari va ularning saqlanishi.
   

Zarralarning elektromagnit o’zaro ta’sir kuchlari to’laroq o’rganilgan.Zarralarning elektromagnit o’zaro ta’sir kuchi kuchli o’zaro ta’sirga qaraganda ancha zaif,boshqa kuchlarga nisbatan esa o’ta kuchlidir.Elektromagnit kuchlarning ta’sir doirasi 10^-14 metrdan tortib kosmik masofagacha davom etadi.Ko’pchilik fizik hodisalar:atom va molekulalar tuzilishi,kristallar,kimyoviy reaksiyalar,jismlarning termik va mexanik xususiyatlari,radioto’lqinlar,quyosh va yulduzlarning nurlanishi kabi hodisalar elektromagnit kuchlarining ta’sir doirasiga kiradi.
Elektromagnit o’zaro ta’sir turli zarralarda har xil shiddat bilan namoyon bo’ladi.Elektr zaryadiga ega bo’lgan zarralarda katta elektromagnit o’zaro ta’sirlar vujudga keladi.Massa va spini nolga teng bo’lmagan zaryadsiz zarralar o’zaro kuchsiz elektromagnit ta’sirda bo’ladi.Eng kuchsiz elektromagnit o’zaro ta’sirda neytral,spinsiz zarralar,masalan,neytral pi-mezon bo’ladi.Zarralardan neytrino elektromagnit ta’sirni sezmaydi.Elektromagnit kuchlarning ta’sir doirasida shunday saqlanish qonunlari borki,bu qonunlar kuchsiz o’zaro ta’sir doirasida buziladi.
Elektromagnit o’zaro ta’sirning muhim xususiyati Kulon qonuniga asosan itarishish va tortishish kuchlarining mavjudligidadir.
Elektromagnit o’zaro ta’sirni nozik tuzilish doimiysi deb ataluvchi o’lchamsiz kattalik xarakterlaydi:
²/h·c
Har bir zarrani kvant sonlari deb ataluvchi fizik belgilar to`plami xarakterlaydi. Umuman zarralarni xarakterlovchi kattaliklar ko`p va xilma- xildir. Shunday bo`lsa ham, ulardan birortasini elementar zarralarning klassifikatsiyasi uchun xarakteristika sifatida ajratish qiyin. Quyida har bir kvant soni va uning fizik ma`nosi ustida alohida to`xtalib o`tamiz. Avvalo, har bir zarra tinch holatdagi massasi bilan xarakterlanadi.
Elementar zarralarning navbatdagi xarakteristikasi elektr zaryadidir. U elektron zaryadi birligida o`lchanadi. Zarralarning elektr zaryadi butun son bo`lib, 0 ga yoki  ga teng
Rezonanslar deb ataluvchi zarralar gruppasida hattoki  zarralar ham ma’lum.
Elementar zarralar ishtiroki bilan bo`ladigan jarayonlarda elektroning saqlanish qonuni kabi zaryadning saqlanish qonuni ham mavjud.
Bеrilgan tipdagi barcha bozonlar borliqda ularni qayta qo’yishga nisbatan simmеtrik holatda, bеrilgan tipdagi fеrmionlar esa antisimmеtrik holatda joylashgan. Bozonlar va fеrmionlarning bu xususiyatlari birinchilari uchun Bozе - Eynshtеyn va ikkinchilari uchun Fеrmi - Dirak statistikalarida o’z ifodasini topadi. Hozirgina nurlangan foton dunyodagi barcha fotonlar bilan simmеtriyalashgan, hozirgina tug’ilgan elеktron esa barcha elеktronlar bilan antisimmеtriyalashgan.
Lekin nima uchun proton yengil zarralarga – myuonlar, pionlar yoki pazitronlarga parchalanmaydi? Energiya va elektr zaryadining saqlanish qonuniga asosan proton pazitron va fotonga aylanishi mumkin. Lekin tajribada bu narsa kuzatilgani yo`q. shuning uchun protonning yengil zarralarga aylanishini man qiluvchi yana bir saqlanish qonunining mavjudligini faraz qilish zarur protonning bunday jarayonga nisbatan barqarorligi uning barion zaryadi (B) ga ega ekanligidan kelib chiqadi.
Proton va undan og`ir hamma zarralar barionlar deb ataladi va ularning har biri +1 barion zaryadiga ega . antibarionlar esa -1 barion zaryadiga ega bo`ladi.
Barion sonining saqlanish qonuni bilan bog`langan, lekin hozirgacha yechilmagan muammo barion soni uchun saqlanish qonunini qanooatlantirishdan boshqa biror malum xususiyatning yo`qligidir. Masalan, zarraning elektr zaryadini uning elektr maydondagi harakatiga asosan mustaqil ravishda aniqlash va o`lchash mumkin. Barion zaryadining esa biz bergan “suniy” xususiyatidan boshqa xussusiyati yo`q. barion zaryadining elektr zaryadi kabi xususiyatga ega emasligi uning puxta nazariy asosini ishlab chiqishni talab qiladi.
1951 yilda olimlar juda g`alati fizik xususiyatlarga ega bo`lgan zarralarni kashf qildilar. Olimlar g`alati zarralarni boshqa odatdagi zarralardan farqlash uchun S g`alatilik degan kvant belgisi bilan belgilanadi. Faqatgina shu g`alati zarralar uchun g`alatilik noldan farqli bo`lib S=±1,±2,±3 bo`ldi . Odatda, ekvivalent kattalik Y- kattalik giper zaryad ishlatiladi. U g`alatilik va barion zaryadi kvant sonlari bilan bog`langan:
Y= S+B (1.1.1)
Elektromagnit o’zaro ta’sirda ishtirok etuvchi zarracha bu foton bo’lib hisoblanadi. Foton nurlanishning kvant birligi,elektromagnit maydonning “qurilish g’ishtchasi”dir.Foton barcha elementar zarralar ichida keng tarqalgan zarracha hisoblanadi.Elektromagnit maydon nimadan iborat,eng mayda zarralar yoki faqat to’lqin jarayonimi?Qadimdan davom etgan bu bahsga Eynshteyn 1905-yilda aniq javob berdi.Elektromagnit maydon o’ziga xos maxsus turdagi to’lqin jarayonidir.Elektromagnit maydon uzlukli,diskret,kvant xarakterga ega.U kichkina portsiyalar,kvantlar ya’ni fotonlar ko’rinishida nurlanadi,tarqaladi va yutiladi.Foton ikki xil tabiatga ega bo’lib,ham zarra,ham to’lqin sifatini kasb etadi.U bir tomondan tebranish chastotasi bilan xarakterlansa,ikkinchi tomondan zarra kabi energiya
E=h· (1.1.2)
va impulsga
P= h· (1.1.3)
ega.
Foton barqaror zarra bo’lib,spini 1ga teng,spinining o’qiga proyeksiyalari I_z=±1,0.Fotonning spini yorug’lik nurining qutblanish xususiyatlarini xarakterlaydi.Yorug’likning aylanma qutblanishi uchun foton +1 spinga ega.Yorug’likning chiziqli qutblanishi uchun spin 0 ga teng bo’ladi. Fotonning simvolik belgisi .Foton
m= h· ² (1.1.4)
massaga ega bo’lsada,bu massa fotonning boshqa jismlarga nisbatan harakat energiyasi bilan bog’liq bo’lib,uning ichki energiyasiga bog’liq emas.Binobarin foton “tinchlikdagi massa”ga ega emas.
1964-yilda amerikalik radioastronomlar A.Penzias va R.Vilson olam fazosi millimetrli radioto’lqinlar bilan to’lganligini aniqladilar;ularni 2,7 K temperaturadagi sovuq foton gaz sifatida qarash mumkin.Hozirgi zamon tasavvuriga ko’ra bu nurlanish relikt nurlanish deyiladi.Koinot rivojlanishining ilk bosqichlarida,modda temperaturasi va bosimi juda yuqori bo’lgan paytda vujudga kelgan.Relikt fotonlarning o’rtacha zichligi 1 sm³ ga taxminan 500donani tashkil etadi.Bu sonni bizni o’rab olgan olamni tashkil etgan protonlarning tarqalganligi bilan taqqoslash mumkin:Koinotda 1 m³ da o’rtacha 1 ta protongina bo’lar ekan.Shunday qilib fotonlar koinotda protonga qaraganda milliard marta ko’proq uchraydi.
Fotonning tarixiy taqdiri g’aroyibdir;ehtimol,bu uni eksperimental ochgan muallifni ko’rsatib berish mumkin bo’lmagan yagona elementar zarradir.Fotonni nazariy jihatdan M.Plank kashf qilgan;u 1900-yil 14-dekabrda Berlin fizika jamiyatining majlisida energiya nurlanishi kvanti to’g’risidagi gipotezani aytgan.Shu vaqtdan boshlab fizikada kvant erasi boshlandi.Ayni paytda elementar zarralar bilan o’tkazilayotgan tajribalarda detektorlar yakka-yakka fotonlarni qayd qiladi va hatto inson ko’zi bilan ko’rishga qodir.
Fotonlar soni o’zgarib turadi,ular o’zaro ta’sir jarayonlarida paydo bo’lishi va yo’qolishi mumkin,masalan,annigilyatsiya jarayonida:
e^-+e⁺ (1.1.5)
bu yerda fotonlar real kuzatilayotgan zarra sifatida namoyon bo’ladi.Bundan tashqari fotonlar kuzatilmaydigan,virtual holatda ham bo’lib,bunda ular elektromagnit ta’sirlarni o’zaro ko’chirib o’tkazadi.
Fotonning elementar zarra sifatidagi xossalari klassik elektrodinamikaga borib taqaladi.Foton elektr jihatdan neytral,uning zaryadi nolga teng.(Aks holda ikkita elektromagnit to’lqin bir-biri bilan o’zaro ta’sirlashishi mumkin,ikkita zaryadning maydoni esa shu zaryadlardan har birining alohida-alohida maydonlari yig’indisi bo’lmas edi).Foton shuningdek hech qanday boshqa zaryadga ega bo’lmaydi:u haqiqiy neytral va o’zining antizarrasiga aynan o’xshashdir(antimodda).