II BOB ELEMENTAR ZARRALAR

2.1. Kovarklar, kosmik nurlar, elementar zarralar va ularni qayd qilish mavzulariga interfaol metodlarni qo’llash.

Bu mavzuni o’tishda o’qituvchi interfaol metodlardan zinama – zina metodidan foydalanish mumkin. O’qituvchi mavzuni tushuntirib talabalarga 3-4 tadan guruxlarga ajratib har bir guruxga bittadan zarra (electron, proton,…) haqida tushunchani qog’ozga yozishlari talab etiladi va 3-4 munit vaqt ajratiladi. Shundan so’ng har bir gurux navbat bilan doklad qiladi.
Elementar zarralar “Elementar” so’zining lug’aviy ma’nosi “eng sodda” demakdir. Garchi bugungi kungacha ma’lum zarralarni elementar deb atash to’g’ri bo’lmasada, dastlabki paytlarda kiritilgan bu iboralardan hamon foydalaniladi. Umuman olganda, zarralar endigina kashf qilina boshlaganda materiyaning eng kichik bo’lakchasi sifatida qabul qilingan va chindan ham elementar deb hisoblangan. Lekin ulardan ba’zilarining murakkab tuzilishga ega ekanligi keyinroq ma’lum bo’lib qolgan. Hozirgi paytda 200 dan ortiq elementar zarralar mavjud. Ularning ko’pchiligi nostabil bo’lib, asta-sekin yengil zarralarga aylanadi.
Electron. Birinchi kashf etilgan elementar zarra electron hisoblanadi. Katod nurlarining xossalarini o’rganayotgan J. Tomson, bu manfiy zaryadlangan zarra elektronlar oqimidan iborat ekanligini aniqladi.
Proton. 1919 – yilda E.Rezerford tajribalarida, azotning alfa-zarralar bilan bombardimon qilinishi natijasida, vodorod atomining yadrosi protonni kashf qilgan. U zaryadining mig’dori elektronning zaryadiga teng bo’lgan, musbat zaryadlangan zarradir. Massasi elektronning massasidan 1836 marta katta.
Positron. 1928- yilda P.Dirak mavjudligini basharot qilgan va K.Anderson tomonidan kosmik nurlar tarkibida kashf qilingan. Uning tinchlikdagi massasi protonning massasiga teng bo’lsada, zaryadi protonning zaryadiga teng. Positron elektronga qarama-qarshi, ya’ni antizarra.
Neytron. 1932-yilda D.J.Chedvik tomonidan kashf qilingan. Uning massasi protonning massasiga yaqin: m_n=1838m_e, elektr zaryadi nolga teng.
Neytrino. 1931-1935- yilda betta- nurlanish qonunlarini tushuntirib bergan V. Pauli tinchlikdagi massasi nolga teng bo’lgan yana bir zarra – neytrino mavjudligini bashorot qilgan. Bu zarra tajribada 1956-yilda K.Kouen tomonidan yadro reaktorlarda kashf qilingan. Myuonlar. 1938-yilda K.Anderson va S.Neddermayer kosmik nurlar tarkibida massasi taxminan 207m_e gat eng yashash davri 2,2*10^-6 s ni tashkil qilgan zarralarni kashf qildilar. Bu zarralar µ-mezonlar yoki myuonlar deb nomlanadi. П-mezonlar. 1947-yilda S.Pauel tinchlikdagi massasi 273m_e gat eng bo’lgan zarralarni kashf qildi. Bu zarralar П-mezonlar yoki pionlar deb nomlandi. Ularning erkin holatda yashash davri 2.55*10^-8 s ga teng. 1950-yilda massasi 264.2m_e gat eng bo’lgan elektrneytral П⁰-mezon kashf qilindi.
K- mezonlar. 1950-yillardan boshlab kashf qilinadigan zarralar soni keskin ortib bordi. Bular qatoriga K-mezonlar ham kiradi. Ularning zaryadi musbat, manfiy, nol bo’lishi mumkin. Massalari esa 966-974m_e atrofida.
Giperonlar. Keyingi zarralar guruxi giperonlar deyiladi. Ularning massalari 2180m_e dan 3278m_e 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 parchalanishda hosil bo’lgan mahsulotlarga qarab aniqlanadi. Antizarralar. Birinchi antizarra – elektronning antizarrasi positron kashf qilingandan so’ng, boshqa zarralarning ham antizarrasi yo’qmikin, degan savol tug’ildi. Antiproton 1955-yilda mis nishonni protonlar bilan bambardimon 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 qaramaqarshi bo’lgan zarra mavjudligi aniqlangan. Modda va maydonning bir-biriga aylanishi. Elektroning o’z antizarrasi – positron bilan uchrashuvi ularning elektromagnit nurlanish kvantiga aylanishiga va energiya ajralishiga olib keladi. Bu hodisa annigilyasiya deyiladi.
Nafaqat electron va positron, balki barcha zarralar ham o’z antizarralari bilan uchrashganda annigilyasiyaga kirishadi. Boshqacha aytganda, ular elaktromagnit maydon kvantlariga ( fotonlarga) aylanadi.
Elementar zarralar ta’sirlashuv turlari, zamonoviy tasavurlarga ko’ra, tabiatda to’rt xil fundamental ta’sirlashuv mavjud. Bular kuchli, elektromagnit, kuchsiz va gravitasion ta’sirlashuvlardir. Bu ta’sirlashuvlarning har birini amalga oshiruvchi zarralar va har biriga mos keluvchi o’z maydonlari mavjud.
Kuchli yoki yadroviy tasirlashuv. Bu ta’sirlashuv atom yadrosidagi nuklonlarning (proton va neytron) aloqasini ta’minlaydi va yadroni bir butun mahsulot sifatida saqlab turadi. Aynan shuning sharofati bilan moddalarning barqororligi taminlanadi. Kuchli ta’sirlashuv atom yadrosining radiusiga teng ~10^-15 m masofada namoyon bo’la boshlaydi. U nuklonlar o’tasida pionlar almashuvi bilan amalga oshiriladi.
Elaktromagnit 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 vosityasida amalga oshiriladi. U atomning mavjudligini ta’minlaydi. Eng batafsil o’rganilgan ta’sirlashuv hisoblanadi.
Kuchsiz ta’sirlashuv. Asosan elementar zarralar parchalanishida namoyon bo’ladi. Betta – yemirilish, µ- yemirilish kuchsiz tasirlashuvga yaxshi misol bo’la oladi. U kuchli ta’sirdan 10¹⁴ marta kuchsiz bo’lib, oraliq bozonlari vositasida amalga oshiriladi.
Gravitasion ta’sirlashuv. Bu barcha elementar zarralarga xos bo’lgan xususiyat, ya’ni ular bir-birlari bilan tortishadi. U kuchli ta’sirdan 10³⁹ marta kuchsiz. Shuning uchun ham mikro dunyo jaroyonlaridagi ta’siri e’tiborga olinmaydi. Gravitasion maydon orqali, graviton deb ataluvchi ekzotik zarralar vositasida amalgam 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’ysinishi va soda qilib tushuntirilishi lozim. Boshqacha qilib aytganda, har to’rtala ta’sirlashuvning ham shunday bir 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 umulashmasi bo’lishi nazarda tutilmoqda. Bundan tashqari, yangi nazariya mavjud nazariyalarning hozirgacha noma’lum bo’lib kelgan ba’zi qirralarini aniqlashga inkon beradi, deb umid qilinmoqda. Ammo bu yo’ldagi ko’plab urinishlar hanuzgacha kutilgan natijani bermadi. Hozircha elektromagnit va kuchsiz ta’sirlashuvgina yagona elektr kuchsiz ta’sirlashuvga birlashishning iloji topildi, xolos. Kun tartibida kuchli, elektromagnit va kuchsiz ta’sirlarni birlashtiruvchi “Buyuk birlashuv” nazariyasi turibdi. Har tortala ta’sirlashuvlarni ham o’z ichiga oluvchi “super birlashuv” nazariyasi ham o’rganilmoqda.
Elementar zarralarni ham ma’lum qonuniyatlar asosida jadvalga joylashtirish, ya’ni klassifikatsiyalash fiziklarning azaliy orzusidir. Shu maqsadda ularni to’rt guruxga bo’lishga kelishilgan. Bunda biz zinama-zina metodidan foydalanishimiz mumkin.
Fotonlar. Bu guruxga faqat bitta zarra – elektromagnit nurlanish kvanti fotondan iborat. Leponlar. Leptonlar (“leptos” yunoncha – yengil ma’nosini anglatadi) elektromagnit va kuchsiz ta’sirlarda ishtirok etadi. leptonlarga electron, myuon va tau neytrinosi, electron, myuon, tau va ularning antizarralari kiradi.
Mezonlar. Massasi 270 elektron massasidan katta, ammo proton massasidan kichik bo’lgan zarralar mezonlar guruxini tashkil qiladi. Barionlar. Og’ir zarralar. Ular protondan boshlanadi va nuklonlar, giperonlarni o’z ichiga oladi. Barcha tasirlashuvlarda ishtirok etadi.
Shu bilan birga, spinining qiymatiga qarab zarralar fermionlarga va bozonlarga bo’linadi. Yashash davriga qarab, barqaror va beqaror zarralarga bo’linadi. Kvarklar. 1964-yilda amerikalik fizik M.Gel-Man va D.J.Sveyglar mezonlar va barionlar kvarklar deb ataluvchi sodda zarralardan tashkil topganligi to’g’risidagi gipotezani taklif qildilar. Bu gipotezaga muvofiq, barionlar uchta u, d, s kvarklardan, antibarionlar esa antikvarklardan tashkil topgan. Bu kvarklar yarim spinga ega bo’lishlari, zaryadlari esa electron zaryadining 1/3 va 2/3 qismiga teng bo’lishi kerak. Keyinchalik yana ikkita: c “maftunkor” va b “go’zal” kvarklari antikvarklari bilan birga kiritildi. Zamonoviy gipotezalarga ko’ra, kvarklar leptonlar kabi oltita bo’lishi kerak. Lekin t “haqiqiy” kvarkining maxsulini topish maqsadida qilinayotgan barcha urinishlar hozircha hech qanday natija bermadi. Shu bilan birga, kvark va antikvarklarning kombinatsiyasilari mavjud mezonlardan barchasini vujudga kelishini tushuntirib bera oldi. Shu nuqtai nazardan qaraganda, kvarklar hech qanday ichki tuzilishga ega emas va ularni chin ma’noda elementar zarralar deb hisoblash mumkin.
Ammo kvarklar elementar zarralarning tuzilishini va ularning xossalarini qanchlik ajoyib tushuntirib bera olmasin, ularni erkin zarra sifatida qayd etish yo’lidagi barcha urinishlar besamar qolmoqda. Kosmik nurlar. 1912-yilda Yer sirtidagi havo qatlamining ionlashuvini o’rgangan avstriyalik fizik V.F.Gess qiziq natijaga duch keldi. Uning fikriga ko’ra, havoning ionlashuvini asosan Yerdan chiqayotgan radioaktiv nurlar vijudga keltirishi va shuning uchun ham yuqoriga ko’tarilgan sari havoning ionlashuvi kamayishi kerak edi. Ammo tajriba natijalariga ko’ra 5000m balandlikdagi havoning ionlashish darajasi Yer sirtidagidan 3 marta katta bo’lib chiqdi.
Ushbu holni taxlil qilgan olimlar, havoning ionlashuvini faqatgina Yerning radioaktivligi emas, balki koinotdan va quyoshdan kelayotgan nurlar ham vijudga keltiradi, degan xulosaga kelishdi. Bu nurlarga kosmik nurlar deb nom berildi.
Tajribalarning ko’rsatishicha, kosmik nurlarning intensivligi yuqorida ko’tarilgan sari tez ortadi va o’zining maksimal qiymatiga erishgach yana kamayadi. Taxminan 50 km balandlikdan boshlab intensivlik qariyb o’zgarmay qoladi. Kosmik nurlar birlamchi va ikkilamchi kosmik nurlarga ajratiladi.
Birlamchi kosmik nurlar. Bevosita kosmosdan kelayotgan nurlar birlamchi kosmik nurlar deyiladi. Tarkibini o’ganish, birlamchi kosmik nurlar yuqori enewrgiyali elementar zarralar oqimidan iborat ekanligini ko’rsatdi. Uning to’qson foizdan ko’prog’ini protonlar, taxminan yetti foizini alfa zarralar, bir foiz atrofidagisini o’g’irroq atomlarning yadrolari tashkil qailadi. Birlamchi kosmik nurlarning asosiy qismi galaktikadan keluvchi, energiyasi 10²¹ eV gacha bo’lgan nurlar hisoblanib, ular o’zining shu qadar katta energiyasini yulduzlar aro magnit maydonlar to’qnashishi natijasida oladi.
Ikkilamchi kosmik nurlar. Atmosferaning yuqori qatlamlarigacha yetib kelgan birlamchi kosmik nurlar u yergacha atom yadrolari bilan to’qnashib ikkilamchi kosmik nurlarni vijudga keltiradi. Yigirma kilometrdan pastda kosmik nurlarning asosiy qismi ikkilamchi nurlardan iborat bo’ladi. Balandlik kamayishi bilan nurlarning intensivligi ham kamaya boradi, chunki zarralarning aksariyati Yer sirtiga yaqinlashgan sari yutila boradi. Ikkilamchi kosmik nurlar tarkibiga qarab ikkita: yumshoq va qattiq tashkil etuvchilarga ajraladi.
Yumshoq tashkil etuvchilar. Qo’rg’oshinga kuchli yutiladigan nurlar ikkilamchi kosmik nurlarning yumshoq tashkil etuvchisi bo’ladi. Ular quyidagicha vijudga keladi. Kosmik nurlar tarkibidagi E>2m_ec² energiyali - kvantlar atom yadrosining maydonida tormozlanadi va electron – positron juftligiga aylanadi. Hosil bo’lgan electron va positronlar ham o’z navbatida, tormozlanib, -kvantni vijudga keltiradi. Energiyasi 2m_ec² dan katta bo’lgan bu - kvantlar ham , o’z navbatida, yangi electron – positron juftligiga aylanadi. Bu jarayon vijudga keladigan -kvantning energiyasi 2m_ec² dan kichik bo’lguncha davom etadi. unga electron-pozitron-foton jalasi deyiladi. Qattiq tashkil etuvchilar. Ular qo’rg’oshinga katta singish qobilyatiga ega. 1938-yilda K.Anderson va S.Niddermayer qattiq tashkil etuvchilarning massalari 207 me va yashash davrlari 2.2*10-6 s bo’lgan, musbat va manfiy zaryadlangan zarralar oqimidan iborat ekanligini aniqlashdi. Bu zarralarga myuonlar deb nom berishdi. 1947-yilda S.Pauell birlamchi kosmik nurlarning atom yadrolari bilan to’qnashuvlarinatijasida 273 me massali , oldin noma’lum bo’lgan zaryadlangan zarralar paydo bo’lishini aniqladi. Bu zarralar pi-mezonlar yoki pionlar deb nomlandi. Ularning erkin holatdagi yashash davrlari 2.55*10-8 s. 1950-yilda massasi 264.2 me gat eng va yashash davri 1.8*10-16 s dan kichik bo’lgan neytral pi- mezon kashf qilindi. Pionlar nuklonlar bilan jadal ta’sirlashadigan zarralar hisoblanadi.
Umuman olganda, bu zarralarning mavjudligini yadro kuchlarining tabiatini tushuntirgan X.Yukava bashorat qilgan edi. Yuqorida aytilgandsek, ular juda kichik yashaash davriga ega bo’lib, quyidagi sxema bo’yicha parchalanadi:
Va kosmik nurlarning qattiq tashkil etuvchilarining zarralarini hosil qiladi. Pionlardan farqli ravishda, myuonlar yadro ta’sirlashuvlarida ishtirok etmaydi va o’z energiyasini ionlashtirishga sarflaydi. Zarralarniqayd qiluvchi asboblarning turlari. Radioaktiv moddalarning nurlanishini o’rganishdan asosiy maqsad – radioaktiv yemirilishda chiqariladigan zarralarning tabiatini, energiyasini va nurlanish intensivligini (radioaktiv modda bir sekunddan chiqaradigan zarralar sonini) aniq lashdan iborat. Ularni qayd qilishning eng keng tarqalgan usullari zarralarning ionlashishiga va fotokimyoviy ta’sirlarga asoslangandir. Bu vazifani bajaruvchi asboblar ham ikki turga bo’linadi:
zarralarni fazoning biror qismidan o’tganligini qayd qailuvchi va ba’zi hollarda ularning ba’zi xaraktaristikalari, masalan, energiyasini aniqlashga inkon beruvchi asboblar. Bunday asboblarga sintillatsion (chaqnovchi) hisoblagich, Cherenkov hisoblagichi, gaz razryadli hisoblagich, yarimo’tkazgichli hisoblagich va impulsli ionlashtiruvchi kamera misol bo’la oladi.
Zarralarning moddadagi izini kuzatishga masalan, suratga tushirishga inkon beruvchi asboblar. Bunday asboblarga Vil’son kamerasi, difuziyali kamera, pufakli kamera, fotoemulsiya usuli misol bo’la oladi. Biz quyida ularning ba’zilari bilan tanishib o’tamiz.
Sintilyatsion hisoblagich. Ish prinsipi tez zarralarning fluoressiyalannuvchi ekranga tushushida ro’y berqadigan chaqnash – sintillatsiyaning kuzatilishiga asoslangan hosil bo’lgan kuchsiz yorug’lik chaqnashi elektr impulslariga aylantiriladi va kuchaytireilib , maxsus apparatlar yordamida qayd qilinadi. Alfazarra birinchi marta aynan shunday hisoblagich yordamida qayd qilingan edi. Gaz razradli hisoblagich. Bunday hisoblagich , odatda, gaz to’ldirilgan metal silindr (katod) va uning o’qi bo’ylab tortilgan ingichka sim (anod)dan iborat bo’ladi. Qayd etiladigan zarra elektrodlar orasidan o’tganda gazni ionlashtiradi. Bu ionlar esa gaz, devor atomlari va molekula lar bilan toi’qnashib, ularni ikkilamchi ionlashtiradi. Umuman olganda, ikki xil gaz razryadli hisoblagich mavjud. Birinchisi, proporsional hisoblagich deyilib, unda gaz razrayadi nomustaqil bo’ladi. Geryger –Myuler hisoblagichi deb ataluvchi ikkinchi xil hisoblagichga esa gaz razryadi mustaqil bo’ladi. Geryger –Myuler hisoblagichlarining ajrata olish vaqti 10 -3 – 10-7 s ni tashkil qiladi, ya’ni shunday vaqt oralig’ida tushgan zarralar qayd qilinadi. Gaz razryadlim hisoblagichlarning zaryadlangan zarralarni qayd etish unumdorligi 100% bo’lsa -kvantlar uchun 5%ni tashkil qiladi. Vilson kamerasi. Kamera 1911-yilda ingliz fizigi Ch. Vilson tomonidan yaratilgan. U tez uchib kelayotgan zarralarning bug’simon holatdagi moddadan o’tganida, shu modda molekulalarini ionl;ashtirishga asoslangan.
Vilson kamerasidan uchib o’gan zarra o’z yo’lida ionlarni vijudga keltiradi va hajm kengayganda kondensatsiyalangan bug’lardan tomchilar hosil bo’ladi. Shunday qilib , zarra orqasida ingichka tuman yo’l ko’rinishidagi iz qoladi. Bu izni kuzatish yoki rasmga tishrish mumkin.
Alfa- zarralar gazni kuchli ionlashtiradi va shuning uchun Vilson kamerasida qalin iz qoldiradi. Betta zarra – juda ingichka iz qoldiradi. Gamma nurlanish esa Vilson kamerasidagi gaz molekulalaridan urib chiqargan fotoelektronlari yordamidagina qayd etish mumkin. 1927-yilda Vilson kamerasini kuchli magnet maydonga joylashtirgan rus fizigi D.Skobelsin uning imkoniyarlarini ancha kuchaytirdi. Endi zarralarning magnet maydondagi og’ishlariga qarab, ularning zaryadi, energiyasi va ba’zi boshqa xarakteristikalari haqida xulosa chiqarishga inkoniyat tig’iladi.
Fotoemulsiya usuli. 1927-yilda rus fizigi L. Misovskiy zaryadlangan zarralar izini qayd qilishning oddiy usulini taklif qildi. Zaryadlangan zarralar fotoemulsiya orqali o’tganda, unda tasvir hosil qiluvchi ionizatsiyani vijudga keltiradi. Surat ochilgandan keyin zaryadlangan zarralarning izlari ko’rinib qoladi. Emulsiya juda qalin bo’lganligi uchun ham zarraning unda qoldirgan izi juda ham qisqa bo’ladi. Shuning uchun, fotoemulsiya usuli juda katta energiyali tezlatkichlardan chiqayotgan zarralar va kosmik nurlar vijudga keltiradigan reaksiyalarni o’rganish maqsadida ishlatiladi.

Download 26,69 Mb.

1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Download 26,69 Mb.