Elementar zarrachalrning kashf qilinish tarixiva eng muhim xususiyatlari

Mavzu

Elementar zarrachalrning kashf qilinish tarixiva eng muhim xususiyatlari

Elementar zarracha

Zarrachalar fizikasida elementar zarracha yoki asosiy zarracha boshqa zarrachalardan iborat bo'lmagan subatomik zarrachadir . Hozirgi vaqtda elementar deb hisoblangan zarralarga elektronlar , asosiy fermiyonlar ( kvarklar , leptonlar , antikvarklar va antileptonlar , odatda materiya zarralari va antimateriya zarralari), shuningdek, asosiy bozonlar ( oʻlchov bozonlari va Xiggs bozoni ) kiradi. qaysilari odatdafermionlar orasidagi o'zaro ta'sirga vositachilik qiluvchi kuch zarralari . Tarkibida ikki yoki undan ortiq elementar zarracha boʻlgan zarra kompozitsion zarra hisoblanadi .

Oddiy materiya atomlardan tashkil topgan bo'lib , bir paytlar elementar zarrachalar - yunoncha "kesib bo'lmaydigan" degan ma'noni anglatadi - atomning mavjudligi taxminan 1905 yilgacha munozarali bo'lib kelgan, chunki ba'zi etakchi fiziklar molekulalarni matematik illyuziya, materiya esa oxir-oqibat tuzilgan deb hisoblashgan. energiyadan . _ [1] [2] Atomning subatomik tarkibiy qismlari birinchi marta 1930-yillarning boshida aniqlangan; elektron va proton , foton bilan birga, elektromagnit nurlanishning zarrasi . [1] O'sha paytda kvant mexanikasining yaqinda paydo bo'lishizarralar haqidagi tushunchani tubdan o'zgartirdi, chunki bitta zarracha to'lqin kabi maydonni qamrab olishi mumkin edi , bu paradoks hali ham qoniqarli tushuntirishdan qochadi. [3] [4]

Kvant nazariyasiga ko'ra, proton va neytronlar kvarklarni o'z ichiga olganligi aniqlandi - yuqori va pastga kvarklar - hozirgi vaqtda elementar zarralar hisoblanadi. [1] Va molekula ichida elektronning uch erkinlik darajasi ( zaryad , spin , orbital ) to'lqin funksiyasi orqali uchta kvazizarraga ( holon , spinon va orbiton ) ajralishi mumkin. [5] Shunga qaramay, erkin elektron - orbitada aylanmaydigan elektronatom yadrosi va shuning uchun orbital harakatga ega emas - bo'linmaydigan ko'rinadi va elementar zarracha sifatida qoladi. [5]

Taxminan 1980-yillarda elementar zarrachaning haqiqatan ham elementar maqomi - moddaning yakuniy tarkibiy qismi - asosan amaliy ko'rinish uchun bekor qilindi [1] zarralar fizikasining standart modelida o'z aksini topdi , bu fanning eksperimental jihatdan eng muvaffaqiyatli nazariyasi sifatida tanilgan. [4] [6] Standart modeldan tashqari koʻplab ishlab chiqishlar va nazariyalar , jumladan supersimmetriya , har bir maʼlum zarracha “soya” sherigi bilan yanada massivroq bogʻlangan degan gipoteza orqali elementar zarrachalar sonini ikki baravar oshiradi, [7] [8] bunday super hamkorlar ochilmagan holda qolmoqda. [6] [9]Shu bilan birga, gravitatsiya vositachisi bo'lgan elementar bozon - graviton - faraz bo'lib qolmoqda. [1] Shuningdek, baʼzi gipotezalarga koʻra, fazo-vaqt kvantlangan, shuning uchun bu farazlar doirasida fazo va vaqtning oʻzida “atomlar” mavjud boʻlishi mumkin.

Standart model

Barcha elementar zarralar bozonlar yoki fermionlardir . Bu sinflar kvant statistikasi bilan ajralib turadi : fermionlar Fermi-Dirak statistikasiga , bozonlar Bose-Eynshteyn statistikasiga bo'ysunadi . [1] Ularning spini spin-statistik teorema orqali farqlanadi : fermionlar uchun yarim butun son , bozonlar uchun esa butun son.

Standart modelda elementar zarralar nuqta zarralari sifatida bashoratli foydalilik uchun ifodalanadi . Garchi juda muvaffaqiyatli bo'lsa-da, standart model tortishishning yo'qligi bilan cheklangan va ba'zi parametrlarga o'zboshimchalik bilan qo'shilgan, ammo tushuntirilmagan.

Elementar zarrachalarning kosmik ko'pligi

Katta portlash nukleosintezining hozirgi modellariga ko'ra , koinotning ko'rinadigan materiyasining dastlabki tarkibi taxminan 75% vodorod va 25% geliy-4 (massada) bo'lishi kerak. Neytronlar bitta yuqoriga va ikkita pastga kvarkdan, protonlar esa ikkita yuqoriga va bitta pastga kvarkdan iborat. Boshqa oddiy elementar zarralar (masalan, elektronlar, neytrinolar yoki kuchsiz bozonlar) atom yadrolari bilan solishtirganda juda engil yoki juda kam bo'lganligi sababli, biz ularning kuzatilishi mumkin bo'lgan koinotning umumiy massasiga massa hissasini e'tiborsiz qoldirishimiz mumkin. Shunday qilib, koinotning ko'rinadigan massasining katta qismi proton va neytronlardan iborat degan xulosaga kelish mumkin, ular, barcha barionlar kabi , o'z navbatida, yuqori va pastga kvarklardan iborat.

Ba'zi hisob-kitoblarga ko'ra, taxminan 10 ta borKuzatiladigan koinotda 80 barion (deyarli butunlay proton va neytron). [12] [13] [14]

Kuzatiladigan koinotdagi protonlar soni Eddington soni deb ataladi .

Zarrachalar soni bo'yicha, ba'zi hisob-kitoblarga ko'ra, qorong'u materiyadan tashqari deyarli barcha materiya neytrinolarda sodir bo'ladi, ular taxminan 10 ta zarraning ko'p qismini tashkil qiladi.Ko'rinadigan olamda mavjud bo'lgan 86 ta elementar materiya zarralari. [14] Boshqa hisob-kitoblarga ko'ra, taxminan 10Ko'rinadigan koinotda 97 ta elementar zarrachalar mavjud ( qorong'u materiyadan tashqari), asosan fotonlar va boshqa massasiz kuch tashuvchilar.

Standart model

Zarrachalar fizikasining standart modelida elementar fermiyonlarning 12 ta ta'mi , shuningdek, ularga mos keladigan antizarralar , shuningdek, kuchlar vositachisi bo'lgan elementar bozonlar va 2012 yil 4-iyulda xabar qilingan Xiggs bozoni ikki asosiy omil tomonidan aniqlangan. Katta adron kollayderida ( ATLAS va CMS ) tajribalar . [1] Biroq, standart model haqiqatan ham asosiy emas, balki vaqtinchalik nazariya sifatida qabul qilinadi, chunki u Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasiga mos keladimi yoki yo'qmi noma'lum .. Standart Model tomonidan tavsiflanmagan gipotetik elementar zarralar bo'lishi mumkin, masalan, graviton , tortishish kuchini ko'taruvchi zarracha va oddiy zarrachalarning supersimmetrik sheriklari bo'lgan zarrachalar.

Asosiy fermionlar

12 ta asosiy fermionlar har biri 4 ta zarrachadan iborat 3 avlodga bo'lingan . Fermionlarning yarmi leptonlar bo'lib, ulardan uchtasi -1 elektr zaryadiga ega bo'lib, elektron deb ataladi (e−), muon (m−) va tau (t−); qolgan uchta lepton neytrinolardir (ne,nm,nt), ular na elektr, na rangli zaryadga ega bo'lmagan yagona elementar fermionlardir. Qolgan oltita zarralar kvarklardir (quyida muhokama qilinadi).

Massa

Quyidagi jadvalda bir xil o'lchov shkalasidan foydalangan holda barcha fermionlar uchun joriy o'lchangan massalar va massa baholari keltirilgan: yorug'lik tezligi kvadratiga nisbatan millionlab elektron-volt (MeV/c 2 ). Masalan, eng aniq ma'lum bo'lgan kvark massasi yuqori kvark (t) da172,7 GeV/ c 2 yoki 172 700 MeV/ c 2 , On-qobiq sxemasidan foydalangan holda hisoblangan .

Kvarklar

Izolyatsiya qilingan kvarklar va antikvarklar hech qachon aniqlanmagan, bu fakt qamoqxona bilan izohlanadi . Har bir kvark kuchli o'zaro ta'sirning uchta rangli zaryadidan birini olib yuradi ; antikvarklar ham xuddi shunday antikolorga ega. Rangli zaryadlangan zarralar zaryadlangan zarralar foton almashinuvi orqali o'zaro ta'sir qilganidek, glyuon almashinuvi orqali o'zaro ta'sir qiladi . Biroq, glyuonlarning o'zlari rangli zaryadlangan bo'lib, rangli zaryadlangan zarralar ajratilganda kuchli quvvat kuchayadi. Zaryadlangan zarralar ajratilganda kamayib ketadigan elektromagnit kuchdan farqli o'laroq , rangli zaryadlangan zarralar kuchayib borayotgan kuchni his qiladi.

Biroq, rangli zaryadlangan zarralar hadronlar deb ataladigan rangli neytral kompozit zarralarni hosil qilish uchun birlashishi mumkin . Kvark antikvark bilan birlashishi mumkin: kvark rangga ega, antikvark esa mos keladigan antikolorga ega. Rang va antikolor o'chib, neytral rangli mezon hosil qiladi . Shu bilan bir qatorda, uchta kvark birgalikda mavjud bo'lishi mumkin, biri kvark "qizil", boshqasi "ko'k", boshqasi "yashil". Bu uchta rangli kvarklar birgalikda rangli neytral barion hosil qiladi . Nosimmetrik tarzda, "antired", "antiblue" va "antigreen" ranglariga ega uchta antikvarklar rang-neytral antibarion hosil qilishi mumkin.

Kvarklar ham kasr elektr zaryadlarini olib yuradi , lekin ular zaryadlari integral bo'lgan adronlar ichida joylashganligi sababli, kasr zaryadlari hech qachon ajratilmagan. E'tibor bering, kvarklar + 2 ⁄ 3 yoki - 1 ⁄ 3 elektr zaryadiga ega, antikvarklar esa - 2 ⁄ 3 yoki + 1 ⁄ 3 elektr zaryadiga ega .

Kvarklarning mavjudligiga dalil chuqur noelastik sochilishdan kelib chiqadi: nuklonlar (barionlar) ichida zaryadning taqsimlanishini aniqlash uchun yadrolarga elektronlarni otish . Agar zaryad bir xil bo'lsa, proton atrofidagi elektr maydoni bir xil bo'lishi va elektron elastik ravishda tarqalishi kerak. Kam energiyali elektronlar shu tarzda tarqaladi, lekin ma'lum bir energiyadan yuqori bo'lgan protonlar ba'zi elektronlarni katta burchaklar orqali burishadi. Orqaga qaytuvchi elektron ancha kam energiyaga ega va zarrachalar oqimi chiqariladi. Ushbu noelastik tarqalish protondagi zaryad bir xil emas, balki kichikroq zaryadlangan zarralar: kvarklar orasida bo'linganligini ko'rsatadi.

Asosiy bozonlar

Standart modelda vektor ( spin -1) bozonlari ( glyuonlar , fotonlar va W va Z bozonlari ) vositachilik qiladi, Higgs bozoni (spin-0) esa zarrachalarning ichki massasi uchun javobgardir . Bozonlar fermiyonlardan bir nechta bozonlar bir xil kvant holatini egallashi mumkinligi bilan farq qiladi ( Pauli istisno qilish printsipi ). Bundan tashqari, bozonlar fotonlar kabi elementar yoki mezonlar kabi kombinatsiya bo'lishi mumkin . Bozonlarning spini yarim butun sonlar o'rniga butun sonlardir.

Glyuonlar

Glyuonlar kuchli o'zaro ta'sirda vositachilik qiladi , ular kvarklarni birlashtiradi va shu bilan adronlarni hosil qiladi , ular barionlar (uch kvark) yoki mezonlar (bitta kvark va bitta antikvark). Protonlar va neytronlar barionlar bo'lib, ular atom yadrosini hosil qilish uchun glyuonlar bilan birlashadilar . Kvarklar singari, glyuonlar ham rang va antikolorni ko'rsatadilar - bu vizual rang tushunchasi bilan bog'liq emas, aksincha, zarrachalarning kuchli o'zaro ta'siri - ba'zan kombinatsiyalarda, jami sakkiz xil glyuon.

Elektr to'lqinli bozonlari

Uchta zaif o'lchovli bozonlar mavjud : W + , W - va Z 0 ; Bular zaif o'zaro ta'sirga vositachilik qiladi . W bozonlari yadroviy parchalanishda vositachilik qilishlari bilan mashhur: W - neytronni protonga aylantiradi, so'ngra elektron va elektron-antineutrino juftligiga parchalanadi. Z 0 zarrachalar ta'mini yoki zaryadlarini o'zgartirmaydi, aksincha impulsni o'zgartiradi; bu neytrinolarni elastik ravishda tarqatishning yagona mexanizmi. Zaif o'lchovli bozonlar neytrino-Z almashinuvidan elektronlarning impuls o'zgarishi tufayli topilgan. Massasiz foton elektromagnit o'zaro ta'sirda vositachilik qiladi. Ushbu to'rt o'lchovli bozonlar elementar zarralar orasidagi elektrozaif o'zaro ta'sirni hosil qiladi.

Xiggs bozoni

Kundalik energiyada biz uchun kuchsiz va elektromagnit kuchlar butunlay boshqacha ko'rinsa-da, bu ikki kuch yuqori energiyalarda yagona elektrozaif kuch sifatida birlashishi uchun nazariy qilingan . Ushbu bashorat DESY da HERA kollayderida yuqori energiyali elektron-proton tarqalishi uchun kesmalarni o'lchash orqali aniq tasdiqlandi . Kam energiyadagi farqlar W va Z bozonlarining yuqori massalarining natijasidir, bu esa o'z navbatida Xiggs mexanizmining natijasidir . O'z- o'zidan simmetriyani buzish jarayoni orqali, Xiggs elektrozaif fazoda maxsus yo'nalishni tanlaydi, bu uchta elektr kuchsiz zarralarning juda og'irlashishiga (zaif bozonlar) va birining doimo harakatda bo'lganligi sababli (foton) aniqlanmagan dam massasi bilan qolishiga olib keladi. 2012-yilning 4-iyulida, uning mavjudligini tasdiqlovchi dalillarni ko‘p yillik eksperimental izlashdan so‘ng, Xiggs bozoni CERNning Katta adron kollayderida kuzatilgani e’lon qilindi. E'londa Xiggs bozonining mavjudligini birinchi bo'lib ilgari surgan Piter Xiggs ishtirok etdi. [17] Xiggs bozonining massasi taxminan 125 GeV ekanligiga ishoniladi. [18] Statistik ahamiyatiUshbu kashfiyot 5 sigma deb xabar qilingan, bu taxminan 99,99994% ishonchni bildiradi. Zarrachalar fizikasida bu eksperimental kuzatuvlarni kashfiyot sifatida rasmiy belgilash uchun zarur bo'lgan ahamiyat darajasidir . Yangi kashf etilgan zarrachaning xususiyatlarini o'rganish davom etmoqda.

Graviton

Graviton gravitatsiyaga vositachilik qilish uchun taklif qilingan gipotetik elementar spin-2 zarrasidir. Aniqlashning qiyinligi tufayli u ochilmagan bo'lsa-da , ba'zan elementar zarrachalar jadvaliga kiritilgan. [1] An'anaviy graviton massasiz, ammo massiv Kaluza-Klein gravitonlarini o'z ichiga olgan ba'zi modellar mavjud.

Standart modeldan tashqari

Garchi eksperimental dalillar standart modeldan olingan bashoratlarni ko'p tasdiqlasa ham , uning ba'zi parametrlari sirli bo'lib qoladigan ma'lum bir tushuntirish bilan aniqlanmagan, o'zboshimchalik bilan qo'shilgan, masalan, ierarxiya muammosi . Standart modeldan tashqari nazariyalar bu kamchiliklarni bartaraf etishga harakat qiladi.

Katta birlashish

Standart modelning kengaytmalaridan biri elektr kuchsiz o'zaro ta'sirni kuchli o'zaro ta'sirni yagona "katta yagona nazariya" (GUT) ga birlashtirishga harakat qiladi. Bunday kuch Xiggsga o'xshash mexanizm yordamida o'z- o'zidan uchta kuchga bo'linadi . Ushbu parchalanish yuqori energiyada sodir bo'lishi nazariy jihatdan laboratoriyada birlashishni kuzatishni qiyinlashtiradi. Katta birlashuvning eng dramatik bashorati proton parchalanishiga olib keladigan X va Y bozonlarining mavjudligidir . Biroq, Super-Kamiokande neytrino rasadxonasida proton parchalanishining kuzatilmasligi eng oddiy GUTlarni, shu jumladan SU (5) va SO (10) ni istisno qiladi.

Supersimmetriya

Supersimmetriya, Lagrangianga boshqa simmetriyalar sinfini qo'shish orqali Standart Modelni kengaytiradi . Ushbu simmetriyalar fermionik zarralarni bozonik zarralar bilan almashtiradi. Bunday simmetriya sleptonlar , squarkslar , neytralinolar va charginolarni o'z ichiga olgan sparticles sifatida qisqartirilgan supersimmetrik zarrachalarning mavjudligini taxmin qiladi . Standart modeldagi har bir zarrachaning spini oddiy zarrachadan 1 ⁄ 2 ga farq qiladigan super sherik bo'ladi. Supersimmetriyaning buzilishi tufayli, zarrachalar oddiy hamkasblariga qaraganda ancha og'irroq; ular shunchalik og'irki, mavjud zarrachalar to'qnashuvi ularni ishlab chiqarish uchun etarlicha kuchli bo'lmaydi. Biroq, ba'zi fiziklarning fikricha, zarrachalar CERN da Katta adron kollayderi tomonidan aniqlanadi .

String nazariyasi

String nazariyasi fizikaning modeli bo'lib, unga ko'ra materiyani tashkil etuvchi barcha "zarralar" 11 o'lchovli ( M nazariyasiga ko'ra , etakchi versiya) yoki 12 o'lchovli ( Plank uzunligi bo'yicha o'lchanadigan) qatorlardan iborat. F-nazariyasi bo'yicha [20] ) koinot. Bu simlar massani, elektr zaryadini, rang zaryadini va spinni aniqlaydigan turli chastotalarda tebranadi. "Spring" ochiq (chiziq) yoki pastadir (bir o'lchovli shar, ya'ni aylana) ichida yopiq bo'lishi mumkin. Ip kosmosda harakatlanar ekan, u dunyo varag'i deb ataladigan narsani supurib tashlaydi . String nazariyasi 1 dan 10 gacha bo'lgan novdalarni bashorat qiladiip va 10-kepak 10 o'lchovli ob'ekt) noaniqlik printsipidan foydalangan holda kosmosning "to'qimasi" ning yirtilishini oldini oladi (masalan, vodorod atomi atrofida aylanayotgan elektron kichik bo'lsa ham, har qanday joyda bo'lishi mumkin. har qanday vaqtda koinotda boshqa).

String nazariyasi bizning koinotimiz shunchaki 4-to'pdan iborat bo'lib, uning ichida biz kuzatadigan 3 fazo o'lchovi va 1 vaqt o'lchami mavjud, deb taklif qiladi. Qolgan 7 ta nazariy o'lchov yoki juda kichik va o'ralgan (va makroskopik foydalanish uchun juda kichik) yoki oddiygina bizning koinotimizda mavjud emas / mavjud emas (chunki ular bizning ma'lum koinotimizdan tashqarida "ko'p olam" deb ataladigan kattaroq sxemada mavjud) .

Ip nazariyasining ba'zi bashoratlariga asosiy qatorning tebranish qo'zg'alishlari tufayli oddiy zarrachalarning o'ta massiv analoglari mavjudligi va gravitonga o'xshash massasiz spin-2 zarralarining mavjudligi kiradi .

Texnik rang

Technicolor nazariyalari QCDga o'xshash yangi shovqinni joriy etish orqali standart modelni minimal tarzda o'zgartirishga harakat qiladi. Bu shuni anglatadiki, Technigluons orqali o'zaro ta'sir qiluvchi Techniquarks deb ataladigan yangi nazariya qo'shiladi. Asosiy g‘oya shundan iboratki, Xiggs bozoni elementar zarracha emas, balki bu jismlarning bog‘langan holatidir.

Preon nazariyasi

Preon nazariyasiga ko'ra, zarrachalarning bir yoki bir nechta tartiblari standart modeldagilardan (yoki ularning ko'pchiligidan) asosiyroqdir. Ularning eng asosiylari odatda "pre-kvarklardan" olingan preonlar deb ataladi. Aslini olganda, preon nazariyasi standart model uchun standart model o'zidan oldingi zarrachalar hayvonot bog'i uchun qilganini qilishga harakat qiladi . Ko'pgina modellar standart modeldagi deyarli hamma narsani yana uch-oltita asosiy zarrachalar va ularning o'zaro ta'sirini tartibga soluvchi qoidalar bilan izohlash mumkin deb taxmin qilishadi. 1980-yillarda eng oddiy modellar eksperimental ravishda chiqarib tashlanganidan beri preonlarga bo'lgan qiziqish pasayib ketdi.

Akseleron nazariyasi

Akseleronlar - bu neytrinoning yangi massasini koinotning kengayishini tezlashtiradigan qorong'u energiya bilan uzviy bog'laydigan gipotetik subatomik zarralar . [21]

Bu nazariyaga ko'ra, neytrinolarga ularning akseleronlar bilan o'zaro ta'siri natijasida qorong'u energiyaga olib keladigan yangi kuch ta'sir ko'rsatadi. Koinot neytrinolarni ajratishga harakat qilganda qorong'u energiya paydo bo'ladi. [21] Akseleronlar neytrinolarga qaraganda materiya bilan kamdan-kam ta'sir qiladi deb hisoblashadi.

Elementar zarralar. Elementar zarralarning asosiy xossalari va ularni klassifikatsiyalash

Elementar zarralar. «Elementar» so‘zining lug‘aviy ma’nosi «eng sodda» demakdir. Garchi bugungi kungacha ma’lum
zarralarni elementar deb atash uncha to‘g‘ri bo‘lmasa-da, dastlabki paytlarda kiritilgan bu iboradan hamon foydalaniladi.
Umuman olganda, zarralar endigina kashf qilina boshlanganda materiyaning eng kichik bo‘lakchasi sifatida qabul
qilingan va chindan ham elementar deb hisoblangan. Lekin ularning ba’zilarining (jumladan, nuklonlarning) murakkab
tuzilishga ega ekanligi keyinroq ma’lum bo‘lib qolgan. Hozirgi paytda 300 dan ortiq elementar zarralar mavjud. Ularning
ko‘pchiligi nostabil bo‘lib, asta-sekin yengil zarralarga aylanadi.
Elektron. Birinchi kashf qilingan elementar zarra elektron hisoblanadi. Katod nurlarining xossalarini o‘rganayotgan
J.Tomson, u manfiy zaryadlangan zarra elektronlar oqimidan iborat ekanligini aniqladi. Bu voqea 1897-yil 29-aprelda
ro‘y bergan edi va shu sana birinchi elementar zarra kashf qilingan kun hisoblanadi.
Foton. 1900-yilda M.Plank yorug‘likning foton deb ataluvchi zarralar oqimidan iborat ekanligini ko‘rsatdi. Foton
elektr zaryadiga ega emas, tinchlikdagi massasi nolga teng, ya’ni foton yorug‘lik tezligiga teng tezlik bilan harakat
holatidagina mavjud bo‘lishi mumkin.
Proton. 1919-yilda E.Rezerford tajribalarida, azotning -zarralar bilan bombardimon qilinishi natijasida, vodorod
atomining yadrosi proton kashf qilingan. Uning zaryad miqdori elektronning zaryadiga teng bo‘lgan, musbat
zaryadlangan zarradir. Massasi elektronning massasidan 1836 marta katta.
K-mezonlar. 1950-yillardan boshlab kashf qilinadigan zarralarning soni keskin ortib bordi. Bular qatoriga Kmezonlar
ham kiradi. Ularning zaryadi musbat, manfiy, nol bo‘lishi mumkin. Massalari esa 966–974me atrofida.
Giperonlar. Keyingi zarralar guruhi giperonlar deyiladi. Ularning massalari 2180me dan 3278me gacha oraliqda
bo‘ladi.
Rezonanslar. Keyingi paytlarda yashash davrlari juda kichik bo‘lgan rezonanslar deb ataluvchi zarralar kashf qilindi.
Ularni bevosita qayd qilishning iloji bo‘lmay, vujudga kelganini parchalanishida hosil bo‘lgan mahsulotlarga qarab
aniqlanadi.
Umuman olganda, dastlabki paytlarda bor-yo‘g‘i bir nechtagina va materiyaning eng jajji g‘ishtchalari deb
hisoblangan elementar zarralar keyinchalik, shu qadar xilma-xil va shu qadar murakkab bo‘lib chiqdi.
Antizarralar. Birinchi antizarra–elektronning antizarrasi (qarama-qarshi zarrasi-pozitron kashf qilingandan so‘ng,
boshqa zarralarning ham antizarrasi yo‘qmikan, degan savol tug‘ildi. Antiproton 1955-yilda mis nishonni protonlar bilan
bombardimon qilish natijasida hosil qilindi. 1956- yilda esa antineytron kashf qilindi. Hozirgi paytda har bir zarraning o‘z
antizarrasi, ya’ni massasi va spini teng, zaryadi esa qarama-qarshi bo‘lgan zarra mavjudligi aniqlangan.
Elektron va protonlarning antizarralari zaryadining ishorasi bilan farq qilsa, neytron va antineytron xususiy magnit
momentlarining ishorasi bilan farq qiladi. Zaryadsiz zarralar foton,
0
-mezonlarning o‘zlari va antizarralarining fizik
xossalari bir xil.
Antizarralar to‘g‘risida ma’lumotga ega bo‘lgandan keyin o‘quvchida zarra va antizarra uchrashib qolsa nima
bo‘ladi, degan savol tug‘ilishi tabiiy. Ushbu savolga javobni keyingi satrlarda topasiz.
Modda va maydonning bir-biriga aylanishi. Elektronning o‘z antizarrasi-pozitron bilan uchrashuvi ularning
elektromagnit nurlanish kvantiga aylanishiga va energiya ajralishiga olib keladi. Bu hodisa annigilatsiya deyiladi: e +e +2 .
Nafaqat elektron va pozitron, balki barcha zarralar ham o‘z antizarralari bilan uchrashganda annigilatsiyaga kirishadi.
Boshqacha aytganda, ular elektromagnit maydon kvantlariga (fotonlarga) aylanadi.
Ushbu holda annigilatsiya so‘zi uncha qulay tanlanmagan. Chunki u lotincha «yo‘qolish» degan ma’noni anglatadi.
Aslida esa zarra va antizarra uchrashganda hech qanday yo‘qolish ro‘y bermaydi. Barcha saqlanish qonunlari to‘la
bajariladi. Materiya modda ko‘rinishidan elektromagnit maydon kvantlari ko‘rinishiga o‘tadi, xolos.
Energiyasi elektron va pozitronning tinchlikdagi energiyalari yigindisidan katta bo‘lgan -kvant
E 2m c 1,02MeV 2
0 yadroning yonidan o‘tganida elektron-pozitron juftligiga aylanishi mumkin:
e
-
+e
+
.
Elektron-pozitron juftligining paydo bo‘lishi va ularning annigilatsiyasi materiyaning ikki shakli (modda va maydon)
o‘zaro bir-biriga aylanishlarini ko‘rsatadi.
Elementar zarralar ta’sirlashuvining turlari. Zamonaviy tasavvurlarga ko‘ra, tabiatda to‘rt xil fundamental
ta’sirlashuv mavjud. Bular kuchli, elektromagnit, kuchsiz va gravitatsion ta’sirlashuvlardir. Bu ta’sirlashuvlarning har
birini amalga oshiruvchi zarralar va har biriga mos keluvchi o‘z maydonlari mavjud. 1)Adronlar–barcha turdagi
fundamental ta’sirlashuvlarda ishtirok etadilar. Bu sinfga barionlar va -mezonlar kiradi. Barionlar+1 barion zaryadiga,
antizarralari esa-1 barion zaryadiga ega. Mezonlarning barion zaryadi nolga teng. Barionlarning spini yarim sonli,
mezonlarniki esa butun son. Nuklonlar va nuklonlarga bo‘linadigan og‘irroq zarralar ham barionlarga kiradi. Massasi
nuklonning massasidan katta bo‘lgan barionlarga giperonlar deyiladi.
2)Leptonlar–kuchli ta’sirlashuvdan boshqa har uchchala ta’sirlashuvlarga ham ishtirok etadi. Leptonlar (“leptos”
yunoncha-yengil) elektronlar, pozitronlar, -mezonlar va neytrinolardir. Leptonlar+1 lepton zaryadiga, antizarralari esa1
lepton zaryadiga ega.
3)Fotonlar–gravitasion va elektromagnit ta’sirlashuvlarga ishtirok etadigan zarralar.
4)Gravitonlar–faqat gravitatsion ta’sirlashuvda ishtrok etadi deb hisoblanuvchi zarralar. Garchi oxirgi tajribalar
gravitatsion to‘lqinlarni qayd etishayotgan bo‘lsa-da gravitonlarning mavjudligi oxirigacha tasdiqlanmagan.
Barcha elementar zarralar bir-birlariga aylanib turishadi va bu aylanishlar ular mavjudligining asosiy omili bo‘lib
hisoblanadi.
1964-yilda Amerikalik fiziklar M.Gel-Man va J.Sveyglar kvarklar-deb ataluvchi faraziy zarralar mavjudligini
bashorat qilishdi. Ularning fikricha adronlar kvarklardan tashkil topgan. Hozirgi kunda ularning mavjudligini tasdiqlovchi
tajriba natijalari mavjud.
Zamonaviy nazariyalarga muvofiq yettita asosiy zarralar mavjud bo‘lib qolganlarini ulardan tuzish mumkin.Bular
kvark, antikvrak, glyuon, graviton va uchta xigson.
Leptonlar va kvarklar yanada maydaroq zarralardan tashkil topgan degan nazariyalar ham yo‘q emas.
Hozirgi paytda olimlarning asosiy diqqati elementar zarralarning “Standart modeli” ga qaratilgan. Ayniqsa, 2012
yil 4 iyulda Xiggs Bozoni kashf qilingani haqidagi ma’lumotlar e’lon qilingandan so‘ng bu modelga qiziqish yanada
kuchaydi.
Shu bilan birga “Standart model” da faqat uchta: kuchli, kuchsiz va elektromagnit ta’sirlashuvlargina birlashtirilib,
to‘rtinchi gravitatsion ta’sirlashuv qaralmaydi.
Haqiqiy neytral ( chin neytral) zarralar deb, xossalari antizarralarining xossalari bilan aynan bir bo‘lgan
zarralarga aytiladi.
Endi ta’sirlashuv turlari bilan tanishaylik.
Kuchli yoki yadroviy ta’sirlashuv. Bu ta’sirlashuv atom yadrosidagi nuklonlarning (proton va neytron) aloqasini
ta’minlaydi va yadroni bir butun mahsulot sifatida saqlab turadi. Aynan uning sharofati bilan moddalarning barqarorligi
ta’minlanadi. Kuchli ta’sirlashuv atom yadrosining radiusiga teng ~10-15m masofada namoyon bo‘la boshlaydi. U
nuklonlar o‘rtasida - mezonlar almashinuvi bilan amalga oshiriladi.
Elektromagnit ta’sirlashuv. Bunday ta’sirlashuv barcha elektr zaryadiga ega zarralar orasida mavjud. U kuchli
ta’sirdan 137 marta kuchsiz. Ta’sir radiusi cheklanmagan. Elektromagnit maydon energiyasini tashuvchi zarra foton
vositasida amalga oshiriladi. U atomning mavjudligini ta’minlaydi. Eng batafsil o‘rganilgan ta’sirlashuv hisoblanadi.
Kuchsiz ta’sirlashuv. Asosan elementar zarralarning parchalanishida namoyon bo‘ladi. -yemirilish, -yemirilish
kuchsiz ta’sirlashuvga yaxshi misol bo‘ladi. U kuchli ta’sirdan 1014 marta kuchsiz bo‘lib, oraliq bozonlari (Z,W)
vositasida amalga oshiriladi.
Gravitatsion ta’sirlashuv. Bu barcha elementar zarralarga xos bo‘lgan xususiyat, ya’ni ular bir-birlarini tortishadi.
U kuchli ta’sirdan 1039 marta kuchsiz. Shuning uchun ham mikrodunyo jarayonlaridagi ta’siri e’tiborga olinmaydi.
Gravitatsion maydon orqali, graviton deb ataluvchi ekzotik zarralar vositasida amalga oshiriladi.
«Buyuk birlashuv» nazariyasi. Yuqorida ta’kidlanganidek, har bir ta’sirlashuvning o‘z qonunlari mavjud. Ammo
olimlarning fikricha, bu ta’sirlashuvlarning barchasi yagona qonunga bo‘ysunishi va sodda qilib tushuntirilishi zarur.
Boshqacha aytganda, har to‘rtala ta’sirlashuvning ham shunday birlashuvi ro‘y berishi kerakki, biz yuqorida ko‘rgan
ta’sirlashuvlar, bu yangi ta’sirlashuvning ma’lum sharoitlarda namoyon bo‘ladigan xususiy holiga aylanmog‘i lozim.
Demak, yangi topilgan nazariya mavjud nazariyalarning umumlashmasi bo‘lishi nazarda tutilmoqda. Bundan tashqari,
yangi nazariya mavjud nazariyalarning hozirgacha noma’lum bo‘lib kelgan ba’zi qirralarini aniqlashga imkon beradi, deb umid qilinmoqda. Hozircha elektromagnit va kuchsiz ta’sirlashuvlarnigina yagona elektr kuchisiz ta’sirlashuvga
birlashtirishning iloji topildi, xolos. Kun tartibida kuchli, elektromagnit va kuchsiz ta’sirlarni birlashtiruvchi «Buyuk
birlashuv» nazariyasi turibdi. Har to‘rttala ta’sirlashuvlarni ham o‘z ichiga oluvchi «superbirlashuv» nazariyasi ham
o‘rganilmoqda.
Xuddi shuningdek, elementar zarralarni ham ma’lum qonuniyatlar asosida jadvalga joylashtirish, ya’ni
klassifikatsiyalash fiziklarning azaliy orzusidir. Shu maqsadda ularni to‘rt guruhga bo‘lishga kelishilgan.