|
Elementar zarralar haqida nimalarni bilamiz? O. Q. Quvondiqov, M. U. Sultanov
|
| bet | 1/3 | | Sana | 27.05.2022 | | Hajmi | 65.44 Kb. | | #22073 |
Bog'liq elementar zarra maqola Ofis, 1, Hojatxonada ушбу дуо ўқилади, 19574, 2-matematika
Elementar zarralar haqida nimalarni bilamiz?
O.Q.Quvondiqov, M.U.Sultanov
Elementar zarra tushunchasi, bugungi kunda, deyarli barcha kollej va litsey o’quvchilari, oliy o’quv yurtlari talabalari uchun mavhum tushuncha emas. Fundamental fan hisoblangan elementar zarralar fizikasi fani va uning odimlaridan butun dunyo olimlari fazo, vaqt, sabablilik prinsiplarining tub mohiyati ochilishini, falsafiy tushunchalarning umumiy va, ehtimol, yagona tahlilini axtarishmoqda va kutishmoqda. Albatta, fizika fanining barcha sohalarida o’rganilayot-gan hodisalar ham juda kuchli matematik hisoblarga va tajriba natijalariga tayangan holda va ma’lum prinsiplar asosida o’zining so’nggi ifodasini topishi mumkun. Biroq, fiziklar elementar zarralar massasi, zaryadi, o’zaro ta’sirlashuvlari, o’zgarishlari tabiatini va boshqa xususiyat-larini tushuntirishga harakat qilishar ekan bu borada asosiy prinsiplar va tajriba natijalari yetish-masligini his qilishadi. Albatta, o’tgan asr so’ngida dunyo fiziklari hamkorligida eng katta fizik qurilma - Katta adron kollayderining qurilishi va ishga tushirilishi tajriba statistik ma’lumotlarining ulkan darajada boyishiga olib keldi. Shunga qaramasdan elementar zarralar, yuqori energiyali adron-yadro hamda yadro-yadro o’zaro ta’sirlashuvlarining ko’pgina xususiyatlari fenomenologik tarzdagina ifodalanmoqda va bu usul ham, ko’p hollarda, tajriba ma’lumotlarini to’liq ifodalay olmaydi.
Biz ushbu maqolada biror bir katta kashfiyot haqida hikoya qilmoqchi emasmiz. Maqsadimiz o’tgan asrda va bugungi kunda ham ko’pchilik fiziklar, tabiatshunoslar, falsafachilar uchun qiziqarli (ehtimol, o’ta muhim bo’lgan) eng kichik masofa, ya’ni “elementar uzunlik” hamda “elementar zarra” tushunchalari haqida fikrlarimizni ommabop tarzda bildirmoqchimiz.
Elementar zarralar fizikasi nafaqat yadro fizikasida balki umumiy fizika va butunlay fanda alohida o’rin tutadi. Chunki plazma fizikasida, qattiq jismlar fizikasida, yadro spektroskopiyasi va boshqalarda asosiy fundamental qonunlar o’rnatib bo’lingan. Bu, albatta, fanlarining rivojlanishi to’xtab qoldi degani emas. Aksincha, fanning bu sohalarida muhim texnik ahamiyatga ega bo’lgan ko’pgina yangi va qiziqarli hodisalar kashf etilmoqda. Masalan, toza yarim o’tkazgichlar, o’ta o’tkazuvchan materiallar, Myossbauer effektining qo’llanilish sohalari va h.k. Elementar zarralar fizikasida esa hali fundamental qonunlari o’rnatilmagan yoki yaratilmagan hodisalar o’rganiladi. Elementar zarralar fizikasida o’rganiluvchi jarayonlar hozirda deyarli hech qanday texnik qo’llanilishga ega emas.Bundan tashqari, hozirda insoniyat erishgan bilimlar darajasida bu jarayonlarni yaqin kelajakda ham qo’llashning biror bir prinsipi muammo bo’lib qolmoqda.Biroq insoniyat bir necha bor o’z tajribasidan shunga amin bo’ldiki, fundamental tadqiqotlar fanni butunicha garmonik rivojlantirish hamda prinsipial jihatdan yangi bo’lgan texnikani yaratish uchun fundamental tadqiqotlar o’ta muhimdir.
Kvant nazariyasi qurilgunga qadar elektronni nuqtaviy zarracha deb qaralganda nuqtaviy elektronning elektrostatik energiyasini hisoblashda qiyinchilik tug’ildi. Masalan, zaryadlangan shar sirtidagi elektrostatik energiya W=e2/2r, bu yerda e – zaryad, r – radius. Umumiy holda zaryadning radius bo’ylab taqsimotidagi energiya W=e2/r. Nuqtaviy elktron uchun r→0 va W→. Eynshteyn munosabatiga ko’ra m=W/c2, ya’ni nuqtaviy elektronning massasi cheksiz bo’lishi lozim. Agar m=e2/rc2 ni qo’ysak va massa siftida tajribada kuzatiluvchi elektron massasini olsak, u holda r=2,8•10-13 sm ni olamiz. r kattalikning bu tarzda topilgan qiymati elektronning klassik radiusi deyiladi.
Kvant nazariyasining paydo bo’lishi bilan vaziyat yanada murakkablashdi. Bir tomondan, kvant nazariyasini hisobga olganda, elektronning elektromagnit energiyasi uchun formulalar o’zgaradi va r ning son jihatidan juda kichik qiymatlariga olib keladi. Shu sababli r→0 da W→bo’lishi muammosi saqlanib qoladi, biroq bunda W radiusga bog’liqligi r-1 tarzida emas, balki ln(r-1) ko’rinishni oladi. Ikkinchi tomondan, elektronni nuqtaviy zarracha deb qarashning asosiy qiyinchiligi nazariyada hisoblanishi lozim bo’lgan kattaliklar – zarrachalarning o’zaro ta’sirlashuv kuchi, sochilish va yemirilish jarayonlarining ehtimoliyati va boshqalardir. Shu bilan birgalikda, nuqtaviy bo’lmagan zarracha tushunchasini nisbiylik nazariyasi prinsiplari bilan moslashtirish qiyin. Chunki bu holda cho’zilgan zarrachaning qattiq jismi orqali yuborilgan signal yorug’lik tezligidan katta tezlikda bo’lishi lozim. Bundan elementar zarrachalarning kvant nazariyasi mantiqiy va matematik jihatdan to’liq emas degan taxmin kelib chiqadi. Bu taxminni kvant mexanikasining asoschilaridan biri bo’lgan nemis nazariyotchi fizigi Verner Geyzenberg juda aniq tushuntirib berdi. Uning fikricha elementar zarralardagi qiyinchiliklar nisbiylik nazariyasi yaratilgunga qadar, harakatlanuvchi jismlar elektromagnit nazariyasi hamda kvant nazariyasi paydo bo’lgunga qadar atom hodisalari nazariyasida qanday qiyinchiliklar bo’lsa xuddi shunday edi.
Elektrodinamikadagi qiyinchiliklar birvaqtlilik tushunchasini aniqlashtirmasdan hal bo’lmaydi. Yangi formulalar esa tushunchalarni qayta qarashning yana bir yo’lidir. “Zarra-to’lqin dualizmi” yanada chuqurroq g’oyalarni talab etdi. Geyzenberg fikriga ko’ra elementar zarrani nuqtaviy deb qarash va hozirgi zamon nazariyasida elementar zarrachalarning massasi va zaryadlariga son jihatdan kriteriya qo’yuvchi nazariyaning yo’qligi - bu “kichik o’lchamdagi” fazo, vaqt hamda sabablilik haqidagi tushunchalarning to’liqmasligi va aniqmasligining belgisidir.
Geyzenberg Eynshteynning nisbiylik nazariyasi fazo-vaqt haqidagi Galiley-N’yuton tasavvurlaridan nazariyaga tezlikning absolyut birligi (yo’rug’likning vakuumdagi tezligi, c=3•108 m/s) kiritilishi bilan farq qiladi. Eynshteyngacha bo’lgan nazariyalar bu tezlikdan nisbatan cheksiz kichik bo’lgan tezliklarda voqealarni to’g’ri izohlay oladi. Xuddi shunday, kvant va klassik nazariyalar o’rtasidagi chegara boshqa bir “energiya•vaqt” o’lchamiga ega bo’lgan boshqa bir doimiy – Plank doimiysi ћ bilan aniqlanadi. Bu doimiy ikkita kvant sathlar energiyalari orasidagi farqning va kvant o’tish chastotasining proporsionallik koeffisiyentidir:
E1-E2=ħω.
Plank doimiysi ћ ning qiymati 1,05•10-34J•s ga teng bo’lib, doimiyni ћ orqali belgilash P.Dirak tomonidan taklif qilingan.
Klassik tasavvurlar makroskopik jarayonlarni o’rganishda, masalan, nurlanayotgan ener-giya bitta kvant energiyasi ħω dan juda katta bo’lgan, antennadan tarqalayotgan radioto’lqinlar-ning chiqarilishini tadqiq qilishda haqiqatga mos keladi.Biroq, uyg’ongan atom chiqarayotgan bitta fotonning nurlanishini tadqiq qilishda mutloqo o’rinli emas.
Elementar zarralar kvant nazariyasining qiyinchiliklari juda kichik de-Broyl to’lqin uzunligida, ya’ni zarralarning bir-biriga keskin yaqinlashushida energiya yoki impulsning bir-biriga uzatilishi jarayonlarini tahlil qilishda yuzaga keladi. Shuning uchun Geyzenberg qandaydir elementar l0 uzunlikda kvant nazariyasining va nisbiylik nazariyasining bizga ma’lum bo’lgan qonunlari amal qilishdan to’xtaydi degan fikrni ilgari surdi. Bu uzunlik sifatida u ilk bor elektronning klassik radiusini (r=e2/mc2=2,8•10-13sm) nazarda tutgan edi. Geyzenberg g’oyasiga ko’ra, aynan l0 kattalik elemntar zarralar massalari miqdorining me’yorini ham berishi kerak. Massaning o’lchami sifatida ћ/cl0=70/c2 MeV ni qabul qilsak, biz zarrachalar tinch holati massa-larining qiymatlarini juda yaxshi aniqlikda baholay olamiz. Bu birlikka ko’ra ba’zi elementar zarralar massalari quyidagicha: μ- mezon=3/2, π-mezon=2, К- mezon=7, η- mezon=8, proton va
neytron=13.5, Λ-giperon=16, elektron=1/337, foton, neytrino, graviton=0 va h.k.
Hozirgi nazariyaga ko’ra ikkita “tabiiy” o’lchov birlik ([c]=uzunlik/vaqt, [ћ]=energiya•vaqt) ning bo’lishi har qanday o’lchov birliklar sistemasi asosida yotuvchi uchta asosiy birlikdan (masalan, metr,sekund,kilogram) bittasini erkin (ixtiyoriy) deb hisoblash zarur. Bu asosda vaqt birligi T=L/c, massa birlig M=ћ/L•c, energiya birligi W=ћ•c/L kabi aniqlanishi mumkin. Odatda, nazariy fizika bo’yicha ishlarda ћ=c=1 va barcha kattaliklarni uznlik darajasida o’lchash formulalarni juda soddalashtiradi. Impuls p, massa m va energiya W uzunlikning teskari o’lchami sm-1 larda ifodalanadi. Shuning uchun energiya va impuls uchun relyativistik formulalar quyidagi ko’rinishda bo’ladi:
Massa va energiyani bir biriga bog’lovchi W=mc2 ifoda m massa hosil qilish uchun qancha energiya sarflash lozimligini yoki, aksincha, m massada qancha energiya to’planganligini ko’rsatadi. Umuman olganda, xususiy nisbiylik nazariyasiga ko’ra jism massasi, o’lchami hamda relyativistik harkatdagi jism uchun vaqtning o’zgarishi uchun munosabatlar (c=1 deb olinganda) quyidagicha:
L=L0, t=t0
To’la energiya va impuls orasidagi bog’lanish esa
W2=p2+m02.
Magnit momenti uznlik birligida yoki massaning teskari birligida o’lchanadi. Masalan, elektronning magnit moment (bor magnetoni) e/2m ga teng. Boshqa barcha fizik kattaliklar ham shunga o’xshash ifodalanadi. Agar o’rganilayotgan muammo uchun xarakterli bo’lgan kattalik-larni uzunlik birligi yoki massa birligi orqali ifodalansa, bunday “bir o’lchamli” birliklar sistema-sidan foydalanish juda qulay.
Geyzenberg yuqorida bayon qilingan “elementar uzunlik” g’oyasini ilgari surganida faqat to’rtta elementar zarracha – foton, electron, proton, neytron ma’lum edi. Bugungi kunda esa ular soni 300 dan oshib ketdi. Ilk zarrachalardan, ikki “navdagi” elktron bilan kuchsiz o’zaro ta’sirlashuvchi zarrachalar oilasini tashkil etuvchi, μ-mezon va neytrino va keyinchalik τ-lepton kashf etildi. Bu oila leptonlar oilasi deb ataladi va tabiatda 12 ta lepton mavjud. Shuningdek, kuchli o’zaro ta’sirlashuvda ishtirok etuvchi va juda qisqa vaqt yashovch bir qator zarrachalr ham kashf etildi. Kuchli o’zaro ta’sirlashuvchi zarralar, ya’ni adronlar ikki katta guruh - barionlar (proton va neytronga “qarindosh” bo’lgan zarralar) va mezonlar (π-mezonlar, ρ-mezonlar, K-mezonlar, η-mezonlar va h.k.) guruhidan iborat.
Hozirda tabiatda uchrovchi barcha zarralarning massalari 1/l0=70 MeV kabi ifodalanadi deyishga asos yo’q. Aksincha, massalari o’ta katta bo’lgan zarralar (turg’un bo’lmasada) mavjud deyishga to’la asos bor. Shu sababli Geyzenbergning yuqorida bayon qilingan elemntar uzunlik borasidagi “empirik” argumenti to’liq ishonarli emas. Elektromagnit massaning klassik baholanishini ham kvant nazariyasida qo’llab bo’lmaydi. Gezenberg taxminiga ko’ra elementar zarralarning 1/l0=70 MeV energiyadan yuqori bo’lgan energiyalaridagi o’zaro ta’sirlashuv-lardagina nazariyadan chetlanishlar kuzatilishi lozim.
Zamonavuy fizikada 4 ta o’zaro ta’sirlashuv turi mavjud deb qaraladi:
Gravitasiya.
Elektromagnit o’zaro ta’sirlashuv.
Kuchsiz o’zaro ta’sirlashuv.
Kuchli o’zaro ta’sirlashuv..
O’tgan asr 3-choragida “Elektromagnit” va “Kuchsiz” o’zaro ta’sirlashuvlar yagona nomga keltirilganligidan o’quvchi xabardor, albatta.
Ortda qolgan asrda eng ko’p nazariy va tagribaviy ma’lumotlar elektromagnit o’zaro ta’sirlashuvlar uchun mavjud edi va aynan shuning uchun nazariyadan chetlanishni bu ma’lu- motlarni solishtirish orqali axtarib ko’rish maqsadaga muvofiq edi. Ammo bu maqsaddagi ishlar ijobiy natija bermadi. Misol tariqasida ba’zi bir tadqiqotlar va mulohazalarni keltiramiz, basharti bunday muhim ishlarda ijobiy bo’lmagan natijalar ham juda muhimdir, chunki gap fizika chegarasi haqida ketmoqda.
Elementar zarralarning eng yaxshi o’rganilgan xarakteristikalaridan biri ularning magnit momentidir. Ulenbek va Gaudsmit gipotezasiga ko’ra (1925 y.) elektron kichik pildiroqqa o’xshash bo’lib, 1/2(ћ) mexanik momentga ega va bundan tashqari e/2m magnit dipol momentiga ham ega. Bu taxmin spektroskopiyada va magnit hodisalarini o’rganishda juda ko’p marta o’z tasdig’ini topdi. Keyinchalik buyuk ingliz fizigi P.Dirak Ulenbek va Gaudsmit gipotezasiga ko’ra elktronni nisbiylik nazariyasi va kvant nazariyasi tenglamalariga bo’ysunuvchi nuqtaviy zaryadlangan zarracha deb qarash mumkinligini ko’rsatdi.
Biroq, keyinchalik protonning magnit momenti nazariy hisobda kutilganidan 2,79 marta ortiq ekanligi va, hatto, neytron ham magnit momentiga ega ekanligi (-1,92 yadro magnetoni) aniqlandi. μ0=e/2m kattalik normal magnit moment deb qabul qilingan. Bu yerda e – zarracha zaryadi, m – zarracha massasi. Magnit momentining μ0 dan tashqari bo’lgan qiymatiga (chetlanishiga) anomal magnit momenti deyiladi. Proton va neytrondagi anomal magnit momentlar ularning ichki tuzilishi orqali tushuntirilsada, hozirga qadar ularning nazariy isboti topilmagan.
1947 yilga qadar elektronda anomal moment yo’q deb qaralar edi.. Biroq, elektron magnit momentining proton magnit momenti bilan o’zaro ta’sirlashuvlarini o’rganish ba’zi bir “tugunlarga” olib keldi. Va, ko’p o’tmasdan amerikalik nazariyotchi fizik Breyt taxminiga ko’ra Kash va Folli elektronning anomal magnit momentiga ega ekanligini tajribada aniqladilar. Bunda anomal magnit momentining nisbiy qimati =1,2•10-3 ga teng. Bu anomal momentning nazariyasi 1948 yilda amerikalik buyuk olim Shvinger (unga bog’liq bo’lmagan holda Tomon-ago, Gans Bete) tomonidan quruldi.
Shvinger nazariysiga ko’ra, nisbiy anomal magnit moment
elektronning yoki μ-mezonning vakuum elektromagnit kvant fluktuatsiyalari (nolinchi tebranishlar) bilan ta’sirlasuvlari tufayli vujudga keladi.
Maydonning kvant nazariyasida vakuum shunchaki bo’shliq emas. Ma’lumki, kvant nazariyasi har bir sistema uchun energetik sathlar tushunchasini kiritadi (Bor gipotezasi). Bu g’oyaning vakuumga qo’llanilishi fotonni vakuum bitta elektromagnit tebranishlar darajasining uyg’ongan holati deb talqin qilishga imkon beradi. Har bir erkinlik darajasining asosiy holati berilgan to’lqin uzunligidagi fotonning yo’qligini bildiradi. Bunda elektr maydonining o’rtacha kvantomexanik qiymati vaqtning har qanday momentida nolga teng. Biroq, berilgan erkinlik darajasiga mos keluvchi maydon amplitudasi aynan nolga aylanishi mumkin bo’lmaganligidan o’rtacha (muvozanat) qiymat atrofida “ehtimollar buluti”ni hosil qilib nolinchi kvant tebra-nishlarni (kvant fluktuatsiyasini) yuzaga keltiradi va shuning uchun maydon mavjud bo’ladi. Zaryadlangan zarrachaning har xil to’lqin uzunlikdagi nolinchi tebranishlari bilan o’zaro ta’sirlashuvining to’la energiyasi qo’shiladi. “Tashqi” magnit maydoni bo’lganida bu energiya-ning o’zgarishi, Shvinger fikriga ko’ra, anomal magnit moment tufaili sodir bo’ladi.
Elektronning vakuum nolinchi tebranishi bilan ta’sirlashuvini bu tebranishlar p impulsning (to’lqin uzunligiga teskari bo’lgan) mumkin bo’lgan barcha qiymatlari bo’yicha integrali bilan tasavvur qilish mumkin (bunda p0 –tasavvurning taxminiy chegarasi):
H magnit maydoni bo’lganida integral ostidagi ifoda e3H/p2 (o’lchov birligiga ko’ra) kattalikka o’zgaradi. Bu yerdan electron energiyasining magnit maydonida o’zgarishini, Shvinger g’oyasiga ko’ra, ga mutanosib bo’lgan (μ - μ0) ga tenglashtiramiz.
U holda
Yuqorida keltirilgan Shvinger formulasida
Ya’ni tushirib qoldirilgan 1-m2/p02 ko’paytma p0→ ga mos keladi.
p0 ≠ bo’lganda anomal magnit moment uchun m2/ p02 kattalikka mutanosib bo’lgan tuzatmani olamiz. Shvinger va boshqa nazariyotchilar tomonidan hisoblangan qiymatni orqali belgilab, quyidagi qiymatni olamiz:
yoki
Bu formuladan ko’rinib turibdiki, kvant elektronikasidan chetlanishlarni nisbatan og’ir zarrachalarda “yaxshi” kuzatiladi.
Elektronning anomal magnit momentiga ega ekanligini kuzatish bo’yicha birinchi tajribalar molekulyar dastalar usuli bilan o’tkazilgan. Biroq elektron va μ-mezon uchun kattalikni =2•10-5 va =4•10-3 nisbiy aniiqlikda o’lchash keyinchalik amerikalik fiziklar tomonidan amalga oshirildi.
Magnit maydonida “ko’ndalang qutblangan” μ-mezonni ko’rib chiqamiz. Ko’ndalang qutblangan zarra deb shunday zarraga aytiladiki, bu zarra uchun harakat miqdori momentining yo’nalishi tezlik vektori yo’nalishi bilan mos tushadi. Bunday dastaga misol qilib yorug’likning aylana bo’ylab qutblangan fotonlarini olish mumkin. Aylana bo’ylab qutblangan elektromagnit to’lqinlarning simli ramkada yutilishi tushuvchi elektromagnit to’lqinlarning ramkadagi tok aktiv tashkil etuvchilari bilan oz’aro ta’sirlashuvi natijasida aylanma mexanik momentning paydo bo’lishiga olib keladi.
Ko’ndalang magnit maydonida zaryadlangan zarralar o’z yo’nalishini o’zgartiradi: aylanma trayektoriya bo’ylab burchak tezlik bilan harakat qiladi. Harakatning mexanik aylanma harakat miqdori S ning yo’nalishi (spinning yo’nalishi) ham burchak chastota bilan aylanadi. Elektron va μ-mezon uchun aylanishning mexanik moment S (spin) 1/2 ga teng.Shuning uchun magnit moment μ0=e/2m bo’lgan zarra uchun ni olamiz, ya’ni zarraning aylana bo’ylab burchak tezligi va spinning prisessiyalanishi o’zaro teng bo’ladi.
Binobarin, zarra spini yo’nalishining uning harakat yo’nalishiga nisbatan har qanday aylanishi zarrada anomal magnit moment mavjudligini bildiradi. Aytish lozimki, tezlatkichlar yordamida olingan π-mezonlarning ushbu
sxemalar bo’yicha yemirilishidan hosil bo’lgan μ-mezonlar deyarli to’liq qutblangan bo’lar ekan. Bu yerda va lar myuon neytrinosi va antineytrinosi. Shuningdek, qutblangan μ-mezonlar-ning yemirilishida uchib chiqqan elektronlar miqdori spin yo’nalishida va unga qarama-qarshi yo’nalishda har xil bo’lar ekan.
Agar tabiatda ko’zgu simmetriyasi barcha jarayonlar uchun o’rinli bo’lganida kuchsiz o’zaro ta’sirlashuv uchun muhim bo’lgan bu ikkala effekt - ya’ni hosil bo’lishdagi asimmetriya ham, yemirilishdagi asimmetriya ham bo’lmas edi. Bu effektlar biz uchun shunisi bilan qiziqki, ular μ-mezonlar uchun va koeffisiyentlarni aniqlashda tajriba o’tkazishni juda yengil-lashtiradi.
Elektronlar uchun qutblangan dastalarni olishnin bunday qulay usuli yo’q. Elektronlar holida, tajriba o’tkazuvchilar tez elektronlarning yadro elektrostatik maydonidan sochilishida qisman qutblanishi hodisasidan foydalanishdi.
Kvant elktrodinamikasini tekshirishning yana bir usuli elektronlarning elektronlar bilan va elektronlarning pozitronlar bilan hamda protonlarning protonlar yoki antiprotonlar bilan “uchrashuvchi dastalar” tezlatkichlarida o’rganishdan iborat. Uchrashuvchi dastalar nima uchun kerak? Nisbiylik nazariyasi impuls vektori p va W energiyani to’rt o’lchamli vektorga birlashtiradi. Uch o’lchamli vektorlar skalyar ko’paytmasi uch o’lchamli koordinatalar o’qlari buralishida saqlanadi. Biroq, nafaqat o’qlar burilishini, balki boshqa inersial sistemaga o’tishda faqatgina Eynshteyn-Minkovskiyning to’rt o’lchamli skalyar ko’paytmasi saqlanadi. Ikkita to’qnashuvch zarra uchun energiya – impuls vektorlarining to’rt o’lchamli skalyar ko’paytmasi quyidagi ko’rinishda bo’ladi:
Binobarin, nazariyaning sifat jihatidan tasdiqlanishi va, jumladan, hozirgi zamon naza-riyasidan chetlanuvchi effektlar faqatgina invariant kattaliklardan bog’liqdir. Masalan, tinch turgan elektronning (p1=0) impulsi bo’lgan electron bilan to’qnashishida
Elektronlarning impulslari bo’lgan dastalari holida
Agar p=103m (energiya 500 MeV) bo’lsa, 3 Bu yerda va solishtirishdan uchrashuvchi dastalar usulining nechog’lik ustun ekanligini ko’rish mumkin.
Nazariy hisoblar va tajribaviy ma’lumotlar to’plamining tahlili Geyzenbergning l0=r chegarasi yuqori energiyali zarralarning to’qnashuvlarida buzilib ketadi.
Amerikalik nazariyotchi fizik Vigner agar gravitatsiya hodisasini va shu bilan bir vaqtda
kvant nazariyasi effektlarini hisobga olmaslik o’ta yuqori energiyali o’zaro yadroviy ta’sirla-
shuvlarda uzunlik va vaqtning cheksiz kichik (Δx≤L0=10-33sm, Δt≤L0/c=10-44sek) oraliqlarini
o’lchashda prinsipial qiyinchiliklarga olib kelishini ko’rsatdi. O’z vaqtida Plank gravitatsion doimiy G, plank doimiysi ћ va chegaraviy tezlik c ning tajriba qiymatlaridan foydalanib, barcha kattaliklar uchun “tabiiy” birliklar sistemasini qurish mumkinligini ko’rsatgan edi. Bunga ko’ra uzunlik birligi L0=G1/2 ћ1/2c1/2=1,61•10-33 sm.Unga mos holda vaqt birligi
T0=L0/c= G1/2 ћ1/2c-3/2=5,35•10-44 sek, energiya birligi W= ћ/T0=G-1/2 ћ1/2c3/2=1028 eV,
massa birligi M0=W0/c2= G-1/2 ћ1/2c-1/2=2,18•10-5 g.
Vignerning biz yuqorida eslatib o’tgan mulohazalari aynan L0 va T0 kattaliklarni fazo va vaqt chegarasi sifatida ajratishga imkon beradi. Bir qator olimlar L0 kattalik kvant elektrodinamikasida elektronning effektiv radiusi sifatida kiritilishi, agar elektromagnit massaning ln(r-1) bog’lanishi kvant elektrodinamikasi yordamida olingan elktromagnit massaning unchalik katta bo’lmagan qiymatiga olib kelishini ko’rsatishdi. Akademik M.A.Markov L0 kattalik va u bilan bog’langan M0=1/L0 kattaliklar elementar zarralarning mumkin bo’lgan massalarini aniqlashini taxmin qildi va bunday zarralarni u “maksimonlar” deb atadi. Ma’lumki, tarkibiy qismli zarradan turg’un zarrachalarning hosil bo’lishida yug’indi massaning kamayishi (yadro fizikasida Prout qonuniga kichkina tuzatma sifatida massa “defekti” sifatida) sodir bo’ladi. Shuning uchun, Markov fikricha, turg’un zarrachalar (elektronlar, protonlar va h.k.) massalari massaning “tabiiy” birligidan (M0~2•10-5 g) juda kichik bo’ladi.
Har qalay shuni aytish mumkinki, L0=1,61•10-33sm va r=2,8•10-13 sm bo’lgan masofalar oralig’idagi hech bir qiymatdagi masofa yagona fundamental rol o’ynay olmaydi va bu yerda faqat bevositalikdan mustasno bo’lgan nazariy argumentlar mavjud. Quyida shunday argumentlardan birini qarab chiqamiz. Bu argument umumiy nisbiylik nazariyasini tahlil qilishga taaluqlidir.
Ma’lumki, Eynshteyn nazariyasida moddiy jismning tortishish maydonidagi harakati “egrilangan” fazo va vaqtdagi eng qisqa chiziq qorqali amalga oshadi deb qaraladi. Fazo va vaqtning “egrilanishi” eng qisqa uzunlikka “to’g’ri’ chiziq emas, balki fazo va vaqt bo’yicha “egrilangan” chiziqqa ega bo’ladi: x=f1(t), y=f2(t), z=f3(t), bu yerda f1 , f2 ,f3 lar chiziqli bo’lmagan funksiyalar.
Eynshteyn nazariyasida fazoning egrilanish kattaligini quyidagicha topish mumkin: massaga (energiyaga) ega bo’lgan jism atrofida fazoga egrilantiruvchi “kuch” ta’sir qiladi (bu yerda “kuch” so’zi umumlashgan holda). Fazo bir vaqtda “elastiklik” xususiyatiga ega bo’lib, u go’yoki egrilanishga qarshilik ko’rsatadi. Bu ikki “kuch”ning muvozanati egrilikning haqiqiy darajasini aniqlaydi. Odatda, Evklid geometriyasi bilan ifodalanuvchi fazo xususiyatining chetlanishi juda kichik. Ya’ni fazoning “elastikligi” juda katta. Bu, masalan, gravitatsiya doimiy-sining juda kichik miqdorga ega ekanligiga mos keladi..
Vakuumning “elastikligi” nima bilan aniqlanadi? Buni vakuumdagi kvant fluktuatsiya-lanishlar (chetlanishlar) sababli deb taxmin qilish mumkin. Fazo-vaqtning egrilanishida bu fluk-tuatsiyalar “quyuqroq” bo’ladi va ular go’yoki “qirg’oqlardan chiqib ketadi”. Bu esa vacuum energiyasining oshishiga olib keladi. Agar eng “qisqa to’lqinli” fluktuatsiyalarni hisobga olinsa u holda bu effekt cheksiz katta bo’lishi mumkin. Agar L0~10-33sm dan katta bo’lgan λ to’lqin uzunligi bilan chegaralansak u holda “fazo elastikligi koyeffisiyenti”ga teskari munanosiblikda bo’lgan G gravitatsiya doimiysining kattaligi to’g’ri son qiymatiga ega bo’ladi.
L0 chegaradan kichik bo’lgan sohada nima bo’ladi? 10-33 sm dan kichik masofalardagi va 1028 eV dan katta energiyalardagi jarayonlarni ifodalash uchun nazariyaga qanday o’zgartirishlar kiritish lozim? Bu haqda hali biror-bir sezilarli qadam tashlanganicha yo’q. 1028 eV energiya hozirda insoniyat imkoniyati ega bo’lgan (14 TeV, katta adron kollayderida uchrashuvchi dasta-lar energiyasi) real enrgiyadan juda uzoq va shu sababli bu muammolar majmuasini hal etish yaqin va, ehtimol uzoq kelajak uchun ham o’z og’irligiga ega bo’lgan jumboq bo’lib qolaveradi.
Yechish ketma-ketligi quyidagilarga bo’linadi:
Yuqori energiyali zarralar.
Elementar zarralar fizikasining paydo bo’lishi – Yukava zarralari.
Zarracha va antizarracha.
Zarralarning o’zara ta’sirlashuvi va saqlanish qonunlari.
Elementar zarralar klassifikatsiyasi.
Turg’un va rezonans zarralar.
G’alati zarralar.
Kvarklar.
“Standart model” – Kvant xromodinamikasi va elektrokuchsiz o’zaro ta’sir.
Buyuk Birlashtirish nazariyasi.
Elementar zarralar fizikasidagi asosiy terminlar va tushunchalar
|
| |
