Adronlar va fotonlar
Kosmik nurlarni fotoemulsiya metodi bilan, shuningdek, maxsus konstruksiyadagi Vilson kameralari yordamida tekshirishlar og’ir beqaror zarralarning ochilishiga olib keldi, bu zarralarni giperonlar deb ataldi. Giperonlar massasi nuklonlar (protonlar va neytronlar) masasidan katta, biroq deytronlar massasidan kichik bo`lib chiqdi. Nuklonlar va giperonlarni barionlar , ya’ni og’ir zarralar deb ataldi. Giperonlarning bir necha turi aniqlangan. Ularni grek alfavitidagi bosh harflar bilan belgilash qabul qilingan. Giperonlar neytral va zaryadlangan bo`lishi mumkin:
-(lambda-nol giperon);
-(sigma-plyus- giperon);
-(sigma-minus- giperon);
-(sigma-nol- giperon);
-(ksi-minus-giperon);
-(ksi-nol-giperon);
(omega-minus-giperon);
1.2.1 - jadval. Giperonlar xususiyatlari.
Giperonlar
|
M
|
,sek
|
S
|
|
2183
2328
2333
2343
2585
2572
3278
|
2.53
8.1
1.65
1.75
3.0
1.5
|
ℏ
ℏ
ℏ
ℏ
ℏ
ℏ
ℏ
|
Har bir giperon mos antigiperonga ega. Neytral giperonlar zaryadga ega emas, zaryadlangan giperonlar esa absolyut qiymati jihatdan elemantar zaryadga egadir. Giperonlarning massasi (elektron massasi hisobida), yashash vaqti va S spin momenti yuqoridagi jadvalda keltirilgan.
Antigiperonlar ham giperonlar ega bo`lgan xossalarga ega, lekin zaryadi, magnit maydoni va boshqalari qarama-qarshi.
Giperonlar yuqori energiyali nuklonlar (protonlar) va mezonlarning nuklonlar va atom yadrolari bilan to`qnashish reaksiyalarida vujudga keladi. Shu bilan bir vaqtda K-mezonlar hosil bo`lishi kuzatiladi. Giperonlar nuklonlar va -mezonlarga bo`linadi. Quyida giperonlarning bo`linish sxemalari keltirilgan:
p+ , n+ ,
n+,p+,
n+,
+,
,
+, . (1.2.1)
-giperon nuklon va -mezonga birdaniga bo`linmaydi, balki avval - giperonga va - fotonga aylanadi. O`z navbatida - giperon ham nuklon va - mezonga birdaniga bo`linmaydi, u avval -giperonga va - mezonga bo`linadi va h.k. shu sababli, bunday giperonlarni kaskadli giperonlar deb ataladi.
Giperonlarning nuklonlarga va -mezonlarga (shunigdek, yuqori energiyali – fotonlarga) bo`linishi shuni ko`rsatadiki, giperonlar uyg’ongan nuklonlardan iborat ekan. Bundan tashqari, giperonlar atom yadrolaridagi nuklonlarning o`rnini olish mumkinki, oqibatda giperonlarni o`z ichiga olgan atom yadrolari yuzaga keladi. Bunday beqaror yadrolar giperyadrolar deyiladi.
Yuqorida aytilganlardan kelib chiqadiki, giperonlarni tadqiq etish elementar zarralar strukturasini o`rganishda asosiy ahamiyatga egadir. Bunga giperonlar va boshqa elementar zarralar hosil bo`lish reaksiyasini amalga oshirish uchun zarur bo`ladigan yuqori energiyali zarralarni ko`p miqdorda olishga imkon beruvchi zaryadlangan zarralarni tezlatish texnikasi va fizikasining gurkirab rivojlanishi juda katta yordam beradi.
Kuchli o`zaro ta’sirlashuvchi zarralar oilasi (protonlar, neytronlar, - , K – mezonlar, giperonlar) keyingi yillarda beqaror zarralarning katta gruppasi bilan to`ldi, bu zarralarni rezonanslar va izobarlar deb ataldi. Garchi rezonanslar va izobarlar K- mezonlar va giperonlarga juda o`xshasada, biroq ularning xossalari turlichadir. K- mezonlar va giperonlar yemirilishi kuchsiz o`zaro ta’sir natijasida sodir bo`ladi, holbuki rezonanslar va izobarlar juda kuchli o`zaro ta’sir tufayli bo`linadi. Shu sababli, K- mezonlar va giperonlardan farqli ravishda, ularning yashash vaqti dan kam.
Yuqorida aytilganlarni hisobga olib va noaniqlik munosabatidan foydalangan holda
ℏ (1.2.2)
Ifodani yozamiz, bunda W – zarralar energiyasi, - mavjudlik vaqti (yashash vaqti), bundan ushbu zarralar xususiy energiyalar va xususiy massalar (tinchlikdagi massa)ning keng spektriga ega kerak bo`lishi degan xulosaga kelish mumkin.
Rezonanslar shunday bir nechta kuchli o`zaro ta’sirlashuvchi zarralarning bog’langan holatidan iboratki, ular orasida juda kuchli bog’lanish bo`lgani tufayli bu zarralar o`zligini yo`qotadi, bunday zarralardan tashkil topgan butun sistema bir
Rezonanslarga qisqacha qilib bunday ta’rif beriladi: rezonanslar deb, bir nechta mezonning bog’langan holatiga aytiladi. Barionning mezon bilan bog’langan holati izobara deb ataladi. Rezonans deb atalishiga sabab shuki, to`qnashganda rezonansni yuzaga keltiruvchi protonlar energiyasi muayyan qiymatga yetganda rezonanslar paydo bo`lish ehtimolligi keskin ortadi. Rezonanslar kuchli o`zaro ta’sirlashuvchi zarralarning istalgan gruppasida vujudga keladi.
Fotonlar elektromagnit maydonning elementar zarrasi bo`lib, uni ko`pincha eletromagnit maydon kvanti deb ham ataladi. Uning simvolik belgisi . Fotonning asosiy xarekteristikalari optika bo`limida yoritilgan edi. Shuning uchun biz boshqa elementar zarralarning o`zaro ta’siri protsesslarida va aylanishlarida namoyon bo`luvchi yuqori energiyali fotonlarning asosiy xossalari bilan tanishib o`tamiz. Foton
m= (1.2.3)
massaga ega bo`lsa-da, bu massa fotonning boshqa jismlarga nisbatan harakat energiyasi bilan bog’liq bo`lib, uning ichki energiyasiga bog’liq emas. Binobarin, foton “tinchlikdagi massaga” ega emas, ya’ni boshqa zarralardagi kabi ilgarilanma harakat tezligi v=0 bo`lganda ham mavjud bo`ladigan masssaga ega emas. Foton zarralari -mezonlar, - giperonlar va 0- va 0- rezonanslarning yemirilish reaksiyalarida bevosita yemirilish protsessida paydo bo`ladi. Masalan, 0- mezonlar yemirilganda quyidagi reaksiya paydo bo`ladi:
0 (1.2.4)
0- giperon yemirilganda esa quyidagi reaksiya o`rinli:
(1.2.5)
O`z navbatida -giperon quyidagi sxema bo`yicha yemiriladi:
n+ (1.2.6)
bu -mezon yemirilishiga va ikki foton yuzaga kelishiga olib keladi. Fotonlar , shuningdek, annigilyatsiya reaksiyalarida ham hosil bo`ladi:
+. (1.2.7)
Fotonlar ayniqsa, elektronlarning yadrolar va boshqa – ularning trayektoriyasini o`zgartiriladigan sistemalar bilan o`zaro ta’sirida intensiv generatsiyalanadi. Bu protsess nurlanish bilan bo`ladi.
Fotonning antizarrasi,ya’ni antifoton bormi, degan savol tug’iladi. Agar bu antizarra mavjud bo`lsa ham u fotonning xossalariga qarama-qarshi bo`lgan xossalarga ega bo`lib, natijada ularning annigilyatsiyasi kuzatilishi mumkin bo`lar edi. Biroq masalaning bunday qo`yilishi ma’nosizdir, chunki fotonlarning o`zi annigilyatsiya mahsuloti hisoblanadi. Agar annigilyatsiya vakuumda(ya’ni uchinchi zarra ishtirokisiz) sodir bo`lsa, u holda ikki yoki undan ortiq foton hosil bo`ladi. Lekin bunday holda teskari protsess-ikki foton ro`baro` to`qnashganda elektron-pozitron jufti hosil bo`lishi ham sodir bo`lishi kerak. Bunday xildagi tajribalar amalga oshirilmagan. Biroq shunday tajribalar ijobiy natija berishi mumkin edi, chunki ular saqlanish qonunlarini qanoatlantirar edi. Bunday holda impulsli fotonni odatdagi zarra deb,- impulsli fotonni esa antizarra deb qabul qilish mumkin bo`lar edi. Ularning elektron-pozitron juftiga aylanish protsessini annigilyatsiya deb atash mumkin edi.
Hozirgi vaqtga kelib elementar zarralar soni ancha ko`paydi. Bu esa hozirgacha ma’lum bo`lgan elementar zarralardan ham elementar bo`lgan zarralarni topishga (u hozirgacha topilmagan) undaydi. Zaryadi e elementar zaryaddan kichik, ya’ni e ning kasr ratsional qismiga teng zaryadli zarralar-kvarklar haqidagi g`oya shunday yuzaga keldi. Elemetar zarralarning kvarklardan tuzilish sxemasi boshqacha. Bu yerda biz shuni qayd qilib o`tamizki, kvarklarni topish maqsadida o`tkazilgan bir qator eksperimental urinishlar hozircha ijobiy natijaga olib kelganicha yo`q. Kosmik nurlar tarkibida kvarklar topish maqsadida shunday eksperimental o`tkazish davom etmoqda.
Yadro reaksiyalarini va yuqori energiyali zarralarning o`zaro ta’sirini o`rganish bo`yicha o`tkazilgan juda katta tadqiqot ishlari natijasida olingan eksperimental ma’lumotlar to`plami hozirgi vaqtgacha ma’lum bo`lgan elementar zarralarni tegishli gruppalarga taqsimlashga imkon berdi.
Rezonanslar va izobarlar jadvalga kiritilmagan. Antizarralarnining yemirilish sxemalari keltirilmagan, biroq ular zarralarning yemirilish sxemasiga teskaridir.
Kuchli o`zaro tasirlashuvchi zarralar majmuasiga hozirgi vaqtda adronlar deb nom berildi. Adronlar oilasiga, masalan -mezonlar, K-mezonlar, nuklonlar va giperonlar kiradi.
Agar atom yadrosi yaqindan manfiy zaryadlangan mezon uchib o`tsa, u holda yadro mezoni o`z orbitalaridan biriga tortib olishi mumkin bo`lib, keyin bu atom yadrosi atrofida elektron kabi harakatlana boshlaydi. Natijada atomsimon sistema hosil bo`ladi, bu mezaatom deb ataladi. Masalan, agar vodorod atomi yadrosi o`z orbitasiga -va -mezonni qabul qilib olsa, u holda mezovodorod atomi hosil bo`ladi. Mezoatomlarda kvant orbitalarining radiuslari va energiyalari orbitalarida elektron bo`lgan odatdagi holdagidan marta kichik bo`lar ekan (bunda -mezonning massasi;-elektronning massasi). Mezon atom yadrosida yaqin qobiqda bo`lganda (K-qobiq), u atom yadrosiga juda yaqin joylashganligi tufayli yadroning mezon tutish imkoniyati juda ortib ketadi. Bunday holda og’ir yadrolar mezonlarni tezroq tutadi, chunki ularning o`lchamlari va zaryadi yengil yadrolarnikiga qaraganda ancha katta, buning natijasida mezoatomning yashash vaqti yengil yadrolar holida mezonning yashash vaqti bilan belgilanadi, og’ir yadrolar holida esa yadroning mezonni tutish vaqti bilan belgilanadi; u sek dan kam bo`lar ekan.
Mezoatomlar bilan bir qatorda mezomolekulalar ham hosil bo`lishi mumkin, ularda atomlar orasidagi bog’lanish -mezonlar vositasida amalga oshadi. Bunday molekulalarning o`lchamlari juda kichikdir. Masalan, mezovodorod, mezodeyteriy va boshqalarning mezomolekulalari hosil bo`lishi mumkin. Mezodeyteriy atom yadrolari juda yaqin joylashganligi tufayli bu yadrolarning katta miqdorda energiya ajralish bilan boradigan sintez reaksiyasi amalga oshishi mumkin.
Tortuvchi markazi yadrodan iborat bo`lib, mezon esa orbitalar bo`yicha harakatlanadigan mezoatomlardan tashqari, atomsimon sistemalar ham hosil bo`lishi mumkinki, ularda mezon tortuvchi markaz bo`ladi, elektron esa orbitalar bo`yicha harakatlanadi. Bunday atom mezoniy deb ataladi. Bunday sistemalar -mezonlar moddada diffuziyalanganda mezon va elektrondan hosil bo`ladi. Mezoniy atomi beqaror, chunki -mezonlar tez yemiriladi. Mezoniy atomlarning energetik satxlari odatdagi atomlar enegetik satxlariga nisbatan ancha yuqori joylashgan bo`ladi, ular orasidagi o`tishlarga tegishli chastota odatdagi atomlar nurlaydigan chastotadan kichik.
Shunday hol ham bo`lishi mumkinki, elektron va pozitron to`qnashganda ular oniy ravishda annigilyatsiyalanmay, balki umumiy og’irlik markazi atrofida orbita bo`ylab aylana boshlaydi.
Natijada ular atomsimon sistema –pozitroniyni hosil qiladi. Agar elektron va pozitron spinlari parallel bo`lsa, u holda bunday sistemani ortopozitroniy deb ataladi; agar ularning spinlari antiparallel bo`lsa, u holda bunday sistema parapozitroniy deb ataladi. Ortapozitroniyning yashash vaqti 1.4 sekundga teng. Shuncha vaqtdan keyin u uchta foton chiqarib annigilyatsiyalanadi(uch fotonli annigilyatsiya). Parapozitroniyning yashash vaqti -1.25 sekund. Shuncha vaqt o`tgach, parapozitroniy ikki foton chiqarib annigilyatsiyalanadi(ikki fotonli annigilyatsiya). Orto-va parapozitroniy hosil bo`lish hodisasi eksperimentda kuzatilgan.
|
