Fundamental tasirlashuvlar kuchli elektromagnit va kuchsiz ta'sirlar

Elеmеntar zarrachalarning aynan tеngligi - barcha bеrilgan turdagi zarrachalar bir-birlariga aynan tеng. Bu elеmеntar zarrachalarning fundamеntal xususiyatlaridan biri sanaladi. Borliqda taxminan 10⁸⁰ ta elеktron mavjud bo’lib, ular bir xil va ularni bir-birlaridan ajratib bo’lmaydi. Xuddi shu xususiyat protonlarga va nеytronlarga ham tеgishlidir. Yuqori enеrgiyalarda to’qnashuvlarda tug’iladigan bеrk tipdagi nostabil zarrachalar ham bir-biriga aynan o’xshashdir.
Endi protonning nima sababdan barqaror ekanligiga javob berishga harakat qilaylik. Biz bilamizki, har qanday kvant sistemasi minimal (yani, eng kam) energiyali holatda bo`lishiga harakat qiladi. Eynshteynning formulasiga asosan minimal energiyali holat eng kichik massali holatni ifodalaydi. Shuning uchun ham ko`pgina og`ir zarralar kichik zarralarga parchalanadi.Nima uchun elektronlarning parchalanmasligini bilamiz, chunki uni o`zida yengil foton yoki neytronga parchalanishiga elektr zaryadining saqlanish qonuni yo`l qo`ymaydi.

Kuchli o`zаro ta`sir zarralarning har bir zaryad multipletiga ma’lum izotopik spin (izospin ) qiymati taqqos qo`yiladi. Agar zaryad multipleti bitta zarradan tashkil topgan bo`lsa, ushbu zarraning (zaryad multipletining ) izotopik spini nolga teng deb hisoblanadi. Masalan, eto- mezon. Ikki zarradan tashkil topgan zaryad mutipletining izospini (masalan, nuklonlar – proton, neytronlar dubleti) yarimga teng. Umuman, agar zaryad multipleti 1 ta zarradan tashkil topgan bo`lsa, uning izotopik spini quyidagicha aniqlanadi:

T=(i-1)/2 (1.1.6)
Malumki,”izo” so`zi teng degan manoni bildiradi,“ topos” so`zi esa o`rin, joy ma’nosini anlatadi . “Izotopik” so`zi zarralarning ma`lum bir “o`rin ” ga - ma`lum multipletga taaluqli ekanligini ko`rsatadi.
Izotopik spin deb spin so`zini qo`shib aytishimizning sababi spinning formal matematik apparatini izospin uchun ham qo`llanishini ko`zda tutishimizdir. Binobarin, agar zarraning spini yarimga teng bo`lsa, u spinning yo`nalishiga nisbatan mumkin bo`lgan ikki holatda bo`ladi. Xuddi shuningdek, izotopik spini yarimga teng nuklon zaryad multipleti,nuklonning ikki : proton va neytron holatdan iborat bo`ladi. Kuchli o`zoro ta`sirda bir zaryad multipletiga kiruvchi va o`zlarini bitta zarra kabi tutuvchi zarralar elektromagnit o`zoro ta`siri ostida massalari va zaryadlari bilan farqlanuvchi zarralarga aylanadi.
Kuchli o`zaro ta`sirga nisbatan izospin va uning proyeksiyasi yaxshi kvant sonlari- saqlanuvchi kvant sonlari bo`lsa, elektromagnit o`zoro ta’sirga nisbatan esa faqat uning proyeksiyasi yaxshi kvant soni bo`ladi, xolos.
Elementar zarralarning asosiy xususiyati- harakat miqdori ya’ni impulsning spin momenti yoki spini (I) bilan bog`langan. Spin bilan yaqin bog`lanishda bo`lgan kvant soni P ichki juftlikni ifodalaydi va uning saqlanish qonuni sistemada biror fizik hodisa ro`y berganda uning ko`zgudagi tasvirida ham shu hodisaning o`sha yo`nalishda ro`y berishini ko`rsatadi. Matematika nuqtai nazardan aytganda P juftlikning saqlanishi fizik qonunlarning fazoviy kordinatalar o`zgarishiga bog`liq emasligini ifodalaydi. P juftlik faqat ikkita qiymatni qabul qiladi.
Kuchsiz o`zoro tasirda P juftlikning saqlanish qonuni buziladi.
Ammo kuchli va elektromagnit o`zoro ta`sirida P juftlik saqlanadi va bunday jarayonlarda yaxshi kvant soni bo`lib qoladi. Juftlik p “ etalon” zarralar- proton, neytron va  - giperonlarga nisbatan aniqlanadi.
Proton,neytron va giperonlarning har biri uchun P= qabul qilingan Jarayonning to`la juftligi ichki juftlik (P) va spin momenti (I) dan iborat bo`lganligi uchun odatda bu ikki kattalik birga yoziladi. Masalan, proton uchun I=1/2, P= shuning uchun  = ko`rinishida yozish qulaydir.
Energiya va impulsning saqlanish qonuni mikrodunyoda kuchga ega saqlanish yoki ta’qiqlash qonunlari ichida eng asosiy hisoblanadi. Mikrodunyoning har qanday to`qnashuv (va parchalanish) jarayonlarida to`qnashayotgan (parchalanuvchi) zarralarning boshlang`ich energiyasi vujudga kelgan zarralar energiyasining yig`indisiga aniq teng. Parchalanish jarayonida hosil bo`lgan zarralarning tinch holatdagi massasining yig`indisi parchalangan zarralarning tinch holat masssasidan ortiq bo`la olmaydi. Impuls uchun saqlanish qonuni quyidagicha tariflanadi. To`qnashuv (parchalanish) jarayonigacha zarralarning impulslarining vektor yig`indisi jarayondan so`ng vujudga kelgan zarralar impulslarining vektor yig`indisiga aniq teng. Binobarin, parchalanuvchi zarra tinch holatda bo`lsa , parchalanish jarayoni yuz berganda hosil bo`ladigan zarralar ikkita bo`lsa, ular albatta qarama –qarshi harakatlanadilar. Agar biz parchalanayotgan zarra bilan birday harakatlanayotgan sanoq sistemasida turib parchalanish jarayonini kuzatsak, ushbu hol o`rinli bo`ladi. Bunda yanada qulay ta’qiqlash qoidasiga ega bo`lamiz.Agar sanoq sistemasiga nisbatan parchalanuvchi zarra tinch holatda bo`lsa, uning energiyasi tinch holatdagi massasi ( ) ga teng(c=1) bo`ladi. Vujudga kelgan zarraning shu sistemaga nisbatan tinch holatdagi massalarining yig`indisi har doim m dan kichik, ya’ni

Ushbu ta’qiqlash qoidasidan qanday harakat qilmasin, yengil zarraning og`irroq zarralarga parchalanishi mumkin emasligi kelib chiqadi .
Impulsning saqlanishiga bir misol keltiramiz,aytaylik elektron mumkin holda sekin pozitronga yaqinlashadi va ularning annigilatsiyasi yuz beradi. Annigilyatsiya natijasida ikkita foton vujudga keladi va ular o`zoro qarama – qarshi tomonga tarqaladi. Nima sababdan ikkita foton vujudga keldi va nima sababdan qarama qarshi tomonga harakatlanadilar. Ushbu savolga javob berish uchun elektronni pozitron bilan to`qnashishdagi o`zaro ta`sirini, to`qnashuv nuqtasidagi jarayonning ichki tabiatini bilishimiz shart emas. Bu ichki jarayonlar to`nashuvgacha nolga teng to`la impulsini o`zgartira olmaydi. Agar jarayon natijasida bitta foton vujudga kelsa , uning impulsi albatta noldan farqli bo`ladi. P=cE. Chunki yorug`lik zarrasi tinch holatda mavjud bo`la olmaydi. Demak, eng kamida o`zoro qarama- qarshi tomonlarga harakatlanayotgan ikkita foton paydo bo`lishi lozim.
Keyingi yillarda erishilgan elementar zarralar fizikasining eng kata yutuqlaridan biri yuqori energiyadagi jarayonlarning masshtab invariantligi simmetriyasiga ega ekanligining kashf qilinishidir. Masshtab invariantligi fazo va vaqtning cho`zilishiga nisbatan fizik jarayonlarning o`xshashligi yoki boshqacha aytganda fizik kattaliklarning invariantligidan iborat bo`lgan taqribiy simmetriyadir.
O`xshashlik tushunchasi hammmamizga kundalik hayotimiz tajribalarida yaxshi ma’lum. Masalan Pifagor tearemasi to`g`ri burchakli kichik uchburchak uchun ham, to`g`ri burchakli katta uchburchak uchun ham birday o`rinlidir. O`xshashlik tushunchasi fizikada , mexanikada va texnikada kata ro`l o`ynaydi. Hodisalarning o`xshashligini u bilan bog`liq modellashtirishni o`rganmay turib kema, samalyot va hokazolarni qurishda zamonaviy texnik tajribalarni o`tkazish mumkin emas.
O`xshashlikka biz yuqorida ko`rgan kvant mexanikasida zarralarning o`zaro aynanlik prinsipi ham kiradi. Albatta, elektron yoki atomlarning aynanligi deganimizda mikrodunyo jismlarining o`xshashligi ma’nosida tushunmaymiz. Makrodunyoda o`xshashlik uchun jismlarning shakli, o`lchamlari va hokozolar asos bo`lsa, mikrodunyoda zarralarning kvant xarakteristikalari asosdir. Shuningdek o`xshashlik hodisalar o`rtasida ham bo`lishi mumkin.
Mikrodunyoda yuz berayotgan nihoyat darajada murakkabdir. Elementar zarralarning to`qnashuvida bir tur zarraning ikkinchi tur zarraga aylanishi va o`nlab yangi zarralarning paydo bo`lishi kabi hodisalar ro`y beradi. Bunday yuqori energiyadagi jarayonlarda ikkinlamchi zarralarning turi va xarakteristikalaridan qat’iy nazar, ularning birortasining berilgan impulsda tug`ilish ehtimolligi o`lchanadi. Bir guruh sovet fiziklarining Serpuxov tezlatgichida o`tkazgan tajribasida tezlatilgan protonlarning alyuminiy nishon bilan to`qnashuvi kuzatilgan. Ikkilamchi zarralardan manfiy zaryadli pi-mezonlar, K- mezonlar va antiprotonlar qayd qilingan. Tajriba natijalari shuni ko`rsatadiki, K-mezonlar va antiprotonlarning paydo bo`lish ehtimoligining  mezonlarning paydo bo`lish ehtimolligiga nisbatan faqat ikkilamchi zarra impulsining protonlar boshlang`ich energiyasi nisbatiga bog`liq jarayonning masshtab invariantligiga binoan protonlarning boshlang`ich energiyasi va ikkilamchi zarra impulsini bir xil songa ko`paytirganda(masshtab almashtirishda), jarayon ehtimolliklarining mazkur nisbati o`zgarmaydi. Bu fakt boshlang`ich energiya va ikkilamchi zarra impulsi ko`p qiymatlarida, xususan hozirgi zamon tezlatgichlarida erishib bo`lmaydigan energiyalarda yuz beradigan noelastik jarayonlarning ehtimolliklarini hisoblashga imkon beradi. Masalan boshlang`ich energiyaning 700 milliard eV qiymatida 300milliard eV energiya K-mezonning tug`ilish ehtimolligining boshlang`ich energiyasi 70 milliard eV qiymatida 30 milliard eV energiyali K-mezonning tug`ilish ehtimolligi bilan to`g`ri keladi. Shunday qilib, mavjud tezlatgichlarda erishib bo`lmaydigan energiya diapazoni uchun yuz berishi kerak bo`lgan jarayonlar ehtimolliklarini aniqlashga muyassar bo`lamiz. Albatta, zarralarni katta energiyalargacha tezlatuvchi yirik tezlatgichlarni ko`rishda insonning imkoniyati chegaralangan. Shuning uchun yuqori energiyalarda mazkur simmetriya yo`q bo`lganda hech vaqt yuqori energiyalarda mikrodunyo haqida biror to`la to`kis bilimga ega bo`la olmas edik va tabiat inson ustidan achchiq kulgan bo`lardi.