| I bobning xulosasi
BMIning I bobida elementar zarralarning kvant tabiati o’rganilgan bo’lib, zarralarning qanday o’zaro ta’sirlarida ishtirok etishiga qarab klasifikatsiyalanishi o’rganilgan. Bu bobda norelyativistik va relyativistik zarrachalarning xususiyatlari tahlil etilgan. Kvant sonlarining zarrachalar xususiyatlarini belgilashi o’rganilgan. Elementar zarrachalarning elektromagnit o’zaro ta’sirlarda ishtirok etishi, ularning ishtirok chegarasi yoritilgan.
II BOB. KUCHLI O`ZARO TA`SIRLARDA ISHTIROK ETUVCHI ZARRALAR.
2.1.Kuchli o’zaro ta’sirning uzatilishi.
XX asr boshlarida ingliz fizigi E.Rezerford tajribalarida atom yadrolari borligi aniqlangan edi.Shu yo’sinda kishilik madaniyatiga katta ta’sir qilgan fan –yadro fizikasi fani vujudga keldi.Ulkan yadro energiyasi insoniyatga xizmat qilishi yoki uni yer yuzidan yo’qotib yuborishi ham mumkin.Hozirgacha yadro kuchlari potensial energiyasining faqat juda oz qismidan foydalanishga erishildi.Bu kuchlar yadro ichida nuklonlar-protonlar va neytronlarni tutib turadi.Yadro kuchlari tabiati uzoq vaqt jumboq bo’lib kelardi.Yarim asrdan ko’proq fiziklar zaryadlar orasidagi kulon kuchlari uchun “javobgar” bo’lgan elektromagnit maydon singari yadro kuchlari uchun “javobgar” maydonni qidirdilar.Juda ko’p,qisqa yashovchi zarralar- adronlar topildi,lekin ularning hech biri foton-elektromagnit kvanti kabi yakkaxon rolni o’ynay olmadiYaqin vaqtgacha adronlarning eng yengili -mezon shunday rolni o’ynashi mumkinday ko’rinardi.Yapon fizigi X.Yukava mezon maydon asosidagi yadro kuchlari nazariyasini taklif qildi.Bu nazariyada nuklonlar o’z atrofida mezon maydoni hosil qiladi.Bu maydon proton va neytronga turlicha ta’sir qiladi va bundan tashqari ularning spini bilan o’zaro ta’sirlashadi.
Elektromagnit kuchlardan farqli ravishda,yadro kuchlari faqat 10-13 sm dan kichik masofalarda ta’sir qiladi.
Kuchli o’zaro ta’sirda faqat adronlar deb ataluvchi zarrachalar qatnashadi. Aynan adronlar elementar zarrachalarning ko’pchiligini tashkil etadi. Adronlar oilasiga, yashash vaqti uzoq bo’lgan praton va neytrondan tashqari, ko’p sonli mezonlar va giperonlar va yashash vaqti juda qisqa bo’lgan rezonanslar ham kiradi.Kuchli o’zaro ta’sirlarda faqat 6 ta fermion qatnashmaydi. Bular leptonlar bo’lib ular quyidagilar:
Elektron -
Myuon -
Tau-lepton -
Neytrino -
Myu Neytrino -
Tau neytrino -
Adronlarni leptonlardan farqli ravishda nisbatan elementar zarrachalar deb atash mumkin. Ko’p sonli adronlar haqiqatdan elementar zarracha, shuning uchun leptonlar va kvarklarni adronlardan farqli ravishda fundamental zarrachalar deb ataydilar.Eksperimental ravishda adronlar ichidagi kvarklarning spini, massasi, elementar zaryadi aniqlangan, ammo adron ichidan kvarkni ajratib olishga muvaffaq bo’linmagan.Kvarklar adronlar ichida umrbod zindonband qilingan.Buni ingliz tilida “konfayment” deb atashadi.
Endi kvarklarning bir necha turlari bilan tanishamiz.Oddiylik uchun relyativistik bo’lmagan kvark modelidan boshlaymiz. Bu kvark bloklaridan adronlar tuzilgan.
Kvark bloklari- konstituyent kvark deb ham ataladi. Konstituyent kvark murakkab obyekt bo’lib,lagranjian tarkibiga kiruvchi tok kvarki kabi spinga va elektr zaryadiga egadir. Blok kvarkining murakkab strukturasi tok kvarki asosida virtual zarrachalar hosil qilgan buluti bilan hosil bo’ladi. Bu hodisa faqat kuchli o’zaro ta’sirlarda kuzatiladi.
Natijada blok kvarkining massasidan taxminan ga ortadi. Kvark massalari haqida gapirilganda asosan tok kvarklarining massasi nazarda tutiladi.
Proton va neytronlar eng yengil kvarklardan tuzilgan bo’lib, mos ravishda (inglizcha up) va (inglizch down) belgilanadi. Ularning spini boshqa kvarklar singari ga teng.
–kvark zaryadi ga , –kvark zaryadi ga teng. kvarkning massasi taxminan, kvarkning massasi taxminan ga teng.
Proton 2ta kvark va 1ta d kvarkdan iborat.
(2.1.1)
Neytron 2ta kvark va 1ta kvarkdan iborat.
(2.1.2)
Norelyativistik kvark modeliga asosan nuklonlardagi kvarklarning orbital momentlari 0ga teng. Protondagi 2ta kvarkning yig’indi spini 1ga teng. Bu birlik kvarkning spini bilan geometrik qo’shilib, protonning ga teng spinini beradi. Xuddi shunday analogiya bilan neytron tuzilgan.
Kvarklardan kubikchalarga o’xshab, adronlarning bir qator seriyasini ko’rish mumkin. Masalan 3ta kvarkning spinlari parallel bo’lsa, ular spini ga teng bo’lgan barionlar kvartetini hosil qilishi mumkin.
(2.1.3)
Zamonaviy fizikaning 2ta asosiy ustuni bo’lib ,ulardan biri nisbiylik nazariyasi , ikkinchisi esa XX asrning 20-yillarida Bor de-Broyl, Geyzenberg,Dirak, Shredenger ishlarida o’z aksini topgan kvant mexanikasidir. Kvant mexanikasida asosiy rolni Plank doimiysi – ta’sir kvanti ħ o’ynaydi.
Kvant mexanikasida zarracha yoki zarrachalar sistemasi holati tushunchasi kiritiladi.
Har qanday holatga qandaydir chiziqli cheksiz abstrakt fazodagi (Gilbert fazosi) holat vektori taqqoslanadi.Dinamik kattaliklar vazifasini operatorlar bajaradi. Gilbert vektorlari fazo-vaqt koordinatalarning funksiyalaridir. Bundan tashqari ular “ichki koordinatalar”ga bog’liq.Shu “ichki koordinata”lar bilan bog’liq simmetriyalar elementar zarrachalarning o’zaro ta’sirini ko’rsatuvchi nazariyalarda bosh rolni o’ynaydi. Birinchi marta kvant mexanikasidagi qonuniyatlar bilan atom fizikasida duch kelindi. Yadro va elementar zarrachalar fizikasida ular asosiydir. Elementar zarrachalar fizikasining o’ziga xos xususiyati shundan iboratki, u asosan relyativistik kvant hodisalari bilan ish ko’radi. Bu hodisalarda ta’sir kattaligi bilan , yorug’lik tezligi (bilan taqqoslanadi.Bundan tashqari zarrachalar energiyasi ularning massalaridan bir necha tartib yuqori bo’lgan vaziyatlar juda ko’p uchraydi. Bunday sharoitlarda boshlang’ich rolni zarrachalar tug’ulish jarayoni o’ynaydi.Bu hodisalar doirasini aniqlovchi nazariy apparatni maydonning kvant nazariyasi beradi.
Maydon kvant nazariyasining bir necha ekvivalent formulirofkalari mavjud. Ko’pincha maydonlarga zarrachalarning tug’ilish va o’lish operatorlari taqqoslanadi.Ular o’z navbatida mos maydonlarning kvantlari sanaladi. Elektromagnit maydon misolida bu zarrachalar fotonlardir. Eng kichik ta’sir prinspidan kelib chiquvchi harakat tenglamasi va lagranjian operator ma’nosiga ega bo’lib qoladi .
Asosiy kvanta mexanika qonuniyatlardan biri burchak momentini kvantlashdir. Zarrachaning orbital burchak momenti faqat ħ ga karrali qiymatlarni qabul qilishi mumkin. Yanada aniqroq keltirganda
bu yerda (2.1.4)
Orbital moment haqida gapirganda ko’pincha aynan nazarda tutiladi. Ixtiyoriy koordinata o’qlaridagi burchak momentining proyeksiyasi ham kvantlangan bo’ladi. U faqat qiymatlarni qabul qiladi, bu yerda –butun son zarrachalar burchak momenti bilan birgalikda xususiy burchak momenti- spinga ham egadirlar. Zarrachaning spini uning o’zgarmas xususiyatidir. Spini nolga teng bo’lgan zarrachalar skalyarlar, ga tenglari spinorlar, spini ħ bo’lganlar vektorlari, spinga egalari spin vektorlari, 2ħ ga spini teng bo’lsa- tenzorlar deb ataladi. Biroq bir zarrachaning spini haqida so’z yuritilganda u ħ birliklarda ifodalanishi nazarda tutiladi.
Masalan, elektron haqida gapirilganda u spinga, fotonning spini esa 1 ga teng deyiladi.
Barcha zarrachalar spinning qiymatiga qarab 2 sinfga bo’ladi.
1.Spini –butun son ga karrali bo’lgan zarrachalar-FERMIONlar
2.Spini ga karrali bo’lgan zarrachalar –Bozonlar.
Berilgan kvant mexanik holatda bozonlar ixtiyoriy sondagi bozonlar va bir dona fermion bo’lishi mumkin.
Shunga mos ravishda bozonlar uchun Boze-Eynshteyn va fermionlar uchun Fermi-Dirak statistikalari haqida gapiriladi. Berilgan holatda faqat bitta fermion bo’lishi mumkinligini ifodalash prinsipi Pauli prinsipi deb yuritiladi. Aynan Pauli prinsipi atomlarning elektron qobiqlarini to’ldirish qonuniyatlarini aniqlaydi.
Spin materiyaning hozircha xususiyatlari to’la aniqlanmagan xususiyatidir.
Elementar zarrachalar deganda nima nazarda tutiladi ?
Odatda elementar zarrachalar deganda bo’linmaydigan zarrachalar tushuniladi. Elementar zarrachalarga yadrolar va atomlar kirmaydi. Praton, neytron va elektron elementar zarrachalar . Elektronlar atomdagi qobiqlarni , neytron va pratonlar esa atom yadrosini tashkil qiladi. Umuman “elementar zarrachalar”tushunchasini aytilganidek to’ppadan to’g’ri qabul qilish kerak emas . Masalan:elektron, praton va neytronga nisbatan ancha kichik. Nuklonlar esa sm tartibga va murakkab ichki tuzilishga ega bo’lgan zarrachalardir.
Keng tarqalgan va xususiyatlarni nisbatan yaxshi o’rganilgan elementar zarrachalar fotonlardir.
Kamroq tarqalgan va xususiyatlarni to’la o’rganilmagan zarracha neytrinolardir. Neytrino- elementar neytral zarracha bo’lib, uni kuzatish juda qiyin, chunki u elektron va nuklonlar bilan juda zayif ta’sirlashadi, shuning uchun juda qalin moddalardan bemalol o’tib ketadi.
Neytrinofoton , elektronva proton - stabil zarrachalar. Ular yoki umuman yemirilmaydi, agar yemirilsa ham juda sekin.
Masalan: elektronning yashash davrining pastki chegarasi yil, protonniki yil, butun olamning yashash davri yil .
Erkin neytron taxminan s da parchalanadi. Ammo yadroga bog’langan neytronlarning stabilligi protonlardan qolishmaydi.
Shuni qayd etish lozimki, neytronning parchalanishida hosil bo’ladigan proton, elektron, va neytrino neytronni tashkil etuvchi zarrachalar bo’lmasdan,ular faqat yemirilishda tuziladi. Bu narsa boshqa elementar zarrachalarning parchalanishi uchun ham o’rinli.
Bu stabil zarrachalardan tashqari bir necha yuz stabil zarrachalar mavjud bo’lib, ularning yashash davri - s ni tashkil etadi. Ularning ko’pchiligi s dan yashaydi.Ular rezonanslar deb ataladi.
Rezonanslardan boshqa zarrachalarni ajratish uchun stabil zarracha tushunchasi ishlatiladi.
Elementar zarrachalar jadvallarida “review of particle properties” haqiqiy stbil zarrachalar va uzoq muddat yashovchi kvzistabil zarrachalar bir jadvalga yig’ilib “stabil zarrachalar” jadvalini tashkil etgan.
Barcha elementar zarrachalar uchun xos xususiyat shuki, ular mavjud ekan, o’zgarmas qoladi va o’zligini saqlaydi.
Ikkita energiyasi to’qnashganda yetarlicha katta bo’lgan ikkita zarrachalar juda ko’p yangi zarrachalar tug’iladi. Shunday hodisalar kuzatilganki, yuzlab zarrachalarga xos bo’lgan, ammo bu zarrachalar to’qnashgan zarrachalar bo’lakchalari yoki qismlari bo’lmasdan aynan yangidan tug’ilgan zarrachalardir.
Tabiatning originalligi shundaki berilgan tipdagi zarrachalar bir-biriga o’xshash, ammo o’zining o’limiga qadar umuman qarimaydi. Elementar zarrachadan bir qism sindirib olish mumkin emas. Nostabil elementar zarrachaning parchalanishida, yanada yengilroq elementar zarrachalar hosil bo’lib, bu yangi zarrachalar parchalangan zarrachaning tashkil etuvchilari bo’lmasdan, yangi tuzilgan zarrachalardir.
Yadro tuzilishi haqidagi bilim atom fizikasi tushuntira olmagan elementlarning Mendeleyev davriy sistemasining tuzilishini davom ettirishga asos soldi. Shuningdek, elementar zarralar haqidagi bilim elementar sistemasini antiatom, antiyadro sohasigacha kengaytirishga imkon beradi. Shubhasiz elementar zarralarning tuzulishini o`rganish ularni sistemalashtirishda to`g`ri yo`l ko`rsatib beruvchi birdan bir omil bo`lib, bu elementar zarralarning tabiati, ularning kvant sonlarining mohiyati, elementar zarralarning o`zaro bir-birlariga aylana olishlarini tushuntirishga imkon beradi.
Elementar zarralarning tuzilishi haqidagi muammoni yechish uchun ko`p harakat qilingan. Lekin elementar zarralar dunyosida hodisalar shunchalik xilma-xilki bu harakatlarning birortasi ham mazkur muammoni hatto qisman bo`lsa ham hal qila olmadi.
Hozirgi kunda uch yuzga yaqin (rezonanslarni hisobga olganda) zarralar ma’lum. Bu zarralar hammasi ham teng huquqli emas. Ular o`rtasida asosiylari bor va aftidan boshqa hamma zarralarning tuzulishida qatnashadi. Dastlab hamma zarralarning yengil zarralardan qurmoq uchun behuda harakat qilingan edi.
Bu borada, elementar zarralar tarkibiy tuzilishining Fermi va Yang modeli (1949 yil)edi. Mazkur modelga asosan pion nuklon va antinuklon juftidan iborat deb qaraladi. Lekin g`alatiligi noldan farqli giperon va kaonlarining tabiatda juftligining qayd qilinishi bu g`oyani puchga chiqardi, chunki yangi zarralarning g`alatiligi nolga teng bo`lgan nuklon – antinuklon juftidan qurish mutlaqo mumkin emas edi.
Yapon fizigi Sakata nuklon juftida qo`shimcha sifatida giperonni qarashni taklif qiladi. Sakata modeli psevdosklyar (P-juftligi manfiy) kaonlarni, eta mezonni, vektor mezonlari oktetining mavjudligini nazariy qayd qilib, mezon adronlari uchun mavjud qonuniyatlarni to`g`ri aks ettirdi. Ammo Sakata modeli barion adronlarini tasvirlashda butunlay ojizlik qiladi.
Zarralar tuzilishini tushuntirish uchun ularni “aristokrat tabaqa” ga – fundamental zarralarga ajratishdan iborat bo`lgan u yoki bu modelning “yutuqlari” hamda elementar zarralarning bazi qonuniyatlari hamma adronlarni teng huquqli ekanligini ko`rsatadi. Modomiki, elementar zarralar dunyosida “aristokratiya” ga yo`l yo`q bo`lsa, ular o`rtasida “demokratiya”ni tiklaylik. Bu borada unitar simmetriyasi nazariyasi bir qadar yutuqqa ega.Bu nazariyaga binoan beistisno hamma adronlar teng huquqli, lekin ular tabiatning kvarklardan tuzuldan ikkilamchi zarralaridir.
Zarralarning unitar simmetriyasi nazariyasida SU(3) tasvirlari qatnashadi. Lekin SU(3) guruppa 3 komponentali fundamental tasvirga ham ega. Agar adronlar unitar singletga, unitar vektor- oktetga, dekupletga joylashsa nima uchun hech biri unitar sipinor-tiripletga joylashmaydi, uch komponenetali keltirilmaydi, tasvirga birlashmaydi? Chunki bu fundamental uch o`lchovli tasvirini tashkil qiladigan uch zarra nihoyatda g`ayri tabiiy xususiyatlarga ega bo`lishi kerak. Masalan, shu vaqtga qadar biz elektr zaryadining eng kichik ulishi sifatida elektron zaryadini hisoblab kelgan edik. Lekin mazkur fundamental uch zarra electron zaryadi birligida +2/3, +1/3 va -1/3 zaryadga ega bo`lishi kerak. Har biri uchun barion zaryadi ham kasr son +1/3 dan iborat. Navbatdagi saqlanuvchi kattalik-spin ular uchun ham odatdagi zarralar kabi 1/2 ga teng. Elementar zarralarning qurilish materiali subelementar (boshlang`ich ) zarra ro`lini o`tash uchun ularning ikkitasi nolga, uchinchisi -1 ga teng g`alatilik kvant soniga ega bo`ladi. Bu zarralarga M. Gell –Mann tomonidan Kvarklar deb nom berilgan.Subelementar zarralarga ushbu nomni berilishi ularning shubhali mavjudligini ta’kidlaydi.
| 