15-Mavzu: Elementar zarralar fizikasi tarixi va tushunchalari Reja
Maftunkor zarralar xarakteristikalari
Yüklə 398,13 Kb.
|
Maftunkor zarralar xarakteristikalari
Bu erda, -kvarklar, -antikvarklarni anglatadi. G’alati zarralarga o’xshab maftunkor zarralar ham kuchli o’zaro ta’sir ostida oddiy zarralarning o’zaro ta’sirlashishidan juft – juft hosil bo’ladi (5) bu erda, - va - maftunkor zarra va antizarra, -maftunkor bo’lmagan zarralardir. Ularning yashash vaqti g’alati zarralarning yashash vaqtiga qaraganda ham ancha qisqaligi jadvaldan ko’rinib turibdi. Maftunkor zarralar , (6) (7) kabi jarayonlarda toq holda ham hosil bo’ladi. Chunki, (6) jarayon elektromagnit o’zaro ta’sir ostida sodir bo’lganligi uchun , ya’ni maftunkorlik kvant soni saqlanadi. Keyingi, (2) jarayon kuchsiz o’zaro ta’sir ostida sodir bo’lgani uchun , ya’ni maftunkorlik kvant soni saqlanmasligi sababli maftunkor zarralar toq holda ham hosil bo’laveradi. G’alati zarralarga o’xshab maftunkor zarralarni ham tushuntirish uchun ichki yashirin 1-o’lchovli evklid fazosi - «maftunkorlik» fazosi kiritiladi. Bu ichki fazo maftunkorlik kvant soni bilan xarakterlanadi. Kuchli va elektromagnit o’zaro ta’sirlarda bu ichki fazo o’zinig «maftunkorlik» xususiyatini «yo’qotmaydi» (o’zgartirmaydi). Kuchsiz o’zaro ta’sir ostida esa bu xususiyat buziladi. G’alati zarralardagi g’alatilik kvant soni kabi maftunkor zarralar bilan bo’ladigan har qanday jarayonda maftunkorlik kvant soni ham saqlanishi yoki saqlanmasligi bilan asosiy kriteriy bo’lib xizmat qiladi. Bu bo’limni yanada chuqurroq o’rgatish zarralar fizikasi asoslarini ushbu yangicha yondashuv asnosida tushuntirish bilan birga bu nazariy bilimlarni mustahkamlashga xizmat qiluvchi test topshiriqlarini ham ishlab chiqish hamda bu sohadagi bilimlar yaxlitligini, tizimliligini ta’minlash hamda bu ma’lumotlarni tizimlashgan jadvallar ko’rinishiga keltirish va elektron materiallarni ishlab chiqish zarurdir. Oldingi ma’ruzalardan ma’lumki, biz hozirgacha qarab o’tgan elementar zarralar asosan 3 sinfga bo’linadilar: leptonlar, ular kuchli o’zaro ta’sirda qatnashmaydilar; adronlar - barcha shu jumladan kuchli o’zaro ta’sirda ham qatnashadilar; o’zaro ta’sir tashuvchilar- foton, , - bazonlar va - graviton har biri o’zlari ta’sir tashuvchi bo’lgan o’zaro ta’sirdagina qatnahadi. Leptonlar- haqiqiy elementar zarralar hisoblanadi. Hozirda masofagacha ular o’zlarini nuqtaviy zarracha kabi tutishadi va o’z ichki strukturasini namoyon qilishmadi. Ikkinchidan, ular bor yo’g’i 6 ta - (va antizarralari bilan birga 12 ta) bo’lib, va barcha neytrinolar absalyut stabil zarralar hisoblanadi, - mezonlar va - leptonlarning yashash vaqti esa yadro emirilish vaqtiga ( ) nisbatan ancha katta. Endi adronlarga kelsak, birinchidan, ular soni ancha ko’p - bir - necha yuzga teng va asosiy qismini rezonanslar tashkil qiladi. Ikkinchidan, ular elektromagnit strukturaga ega. Masalan, -proton va -neytron magnit momentlariga ega. Shu sababdan adronlarga xos umumiy xossalar izlandi va adronlar boshqa elementar zarralardan tashkil topmaganmikan degan fikr paydo bo’ldi. Bu yo’nalishdagi birinchi model E. Fermi va Ch. Yang tomonidan 1949 yili taklif qilindi. Bu modelga ko’ra o’sha vaqtda ma’lum bo’lgan va va ularning antizarralari fundamental zarralar deb e’lon qilindi. Lekin sal vaqt o’tib g’alati zarralar ham tajribada kuzatilishi bilan bu model kengaytirildi. Natijada barcha mavjud adronlar va -g’alati zarra va ular antizarralarining ma’lum kombinatsiyalaridan tuzilgan deb qaraldi. Bu qarash 1956 yili S. Sakata tomonidan ilgari surildi va hozirda Sakata modeli deb ataladi. Lekin yangi adronlarning ochilishi va ularning bu model doirasida tushuntirib bo’lmasligi sababli Sakata modeli inqirozga yuz tutdi. Lekin shunday bo’lsada bu model adronlar strukturasini o’rganish yo’lida katta rol o’ynadi. 1964 yili M. Gell -Mann va J. Sveyg kasr zaryadli kvarklar tripletini taklif qilishdi. Hozirda bu kvarklar u- (inglizcha up- baland, chunki ), d- (inglizcha down- past, chunki ) va s-(inglizcha strange-g’alati, chunki , ) kvarklar deb ataldi. Ularning to’la xarakteristikalari jadvalda berilgan.
Kvarklar uchun ham Gell-Mann -Nishidjima tenglamasi , o’rinlidir. Antikvarklar uchun va dan boshqa barcha xarakteristikalari qarama- qarshi ishoraga ega. Kvarklar barcha adronlar tuzilishini tushuntirish va shu bilan birga ularni oddiy, yanada umumiy simmetriyaga asoslangan prinsiplar asosida tushuntirish maqsadida kiritilgan. Bunga ko’ra barcha mezonlar kvark va antikvarklardan, barionlar esa uchta kvarkdan, antibarionlar esa uchta antikvarkdan tuzilgan, ya’ni , , . Agar mezonlarni kvarklar nuqtai- nazaridan ifodalasak, quyidagi oktupletni keltirishimiz mumkin. , , , , , Bundan tashqari unitar singlet ham mavjud uning massasi 958 MeV, . va - mezonlar uchun , lekin ular tarkibida s — kvark mavjud. Shu sababli bu zarralar “yashirin” g’alatilik kvant soniga ega deyiladi. Biz qarab chiqqan mezonlar - psevdoskalyar mezonlar deyiladi, chunki ular kvant sonlariga ega. Bu mezonlarni tashkil qilgan kvark va antikvark spinlari antiparallel yo’nalgan bo’ladi (1S0 — holat). Agar kvark - antikvark juftliklar 3S1 holatda bo’lsa (kvark — antikvark spinlari parallel bo’lgan holat) 9 ta vektor mezonlar hosil bo’ladi. Vektor mezonlar uchun spin juftlik kvant sonlari ga teng. , , , , , va singlet - mezon. Biz qarab o’tgan psevdoskalyar - - va vektor - - mezonlar orbital momenti ga teng. Bundan tashqari kvark - antikvark juftliklarning uyg’ongan, ya’ni orbital momentga teng holatlari ham mavjud, Bu mezon rezonanslar: skalyar - , aksial-vektor- va tenzor- mezonlar deyiladi. Ularning kvark strukturasi yuqorigiday bo’lib, faqat massalari va kvant sonlari bilan farq qiladilar. Bu turdagi mezon rezonanslar elementar zarralar jadvallari (Particle Data Group) da keltirilgan. Aytib o’tganimizday barionlar uchta kvarkdan tuzilgan. Tarkibida 3 ta va kvarklar bo’lgan barion oktupleti quyidagi ko’rinishda ifodalanadi. Bu holda barionlar spini bo’lishi uchun kvarklardan birining spini qolgan ikkitasi spiniga antiparallel yo’nalgan bo’lishi kerak. Agar uchala kvarkning ham spinlari bir tomonga yo’nalgan bo’lsa, spinli barionlar dekupleti hosil bo’ladi. Barionlar oktupleti va dekupleti minimal massaga va - orbital momentga ega bo’lib asosiy holat barionlarini hosil qiladi. Mezonlar kabi barionlar ham o’z rezonans holatlariga, ya’ni orbital uyg’ongan holatlariga ham ega. Bartyun rezonanslari oktuplet va dekupletiga kirgan zarralar - spini qiymati 9/2 gacha bo’lgan qiymatlar qabul qiladi (barion rezonanslari Particle Data Group jadvallarida keltirilgan). Shu o’rinda yana bir ichki fazoga tegishli tushuncha bilan tanishib o’tamiz. Agar - va -barionlarni qarasak, ular bir xil kvarklardan tuzilgan. - barion izospini , - barionniki esa ga teng va ular izospinlari hisobiga farqdanadilar, Endi - giperonni qarasak, u sss kvarklardan iborat bo’lib ular spinlari bir tomonga qaragan va bu kvarklar bir xil holatlarda joylashgan. Lekin kvarklar spinga ega bo’lganligi sababli Fermi-Dirak statistikasiga bo’ysunishi hamda Pauli prinsipi bajarilishi kerak. Tajriba natijalari -giperon 3 ta -kvarkdan tuzilgani hamda ularning barchasi bir xil kvant holatida ekanligini ko’rsatdi. Bu holda esa Pauli prinsipi buzilib kvarklar Fermi-Dirak statistikasiga emas, balkim Boze-Eynshtey statistikasiga bo’ysinishi kelib chiqadi. Bu qarama-qarshilikni bartaraf qilish uchun kvarklar uchta holatda bo’lishi zarurligi kelib chiqdi. Bu kvant songa «rang» deyilib, u uchta qiymatga ega bo’lishi, ya’ni qizil (red), yashil (green) va ko’k (blue) holatlarda bo’lishi bashorat qilindi. Bu yerda «rang» so’zi va qizil, yashil va ko’k ranglar ko’chma ma’noda ishlatiladi hamda tabiatdagi optic ranglar bilan aloqasi yo’q. «Rang» va qizil, yashil va ko’k ranglar-kvant sonlari bo’lib, ichki -«rangli» fazoga tegishlidir. Tabiatda bu uch rang qo’shilib oq rang hosil bo’lishi sababli, uchta kvark uch xil rangda yoki kvark-antikvark juftligi rang-anti rang holatda bo’lishi ham rangsiz adronlarni hosil qiladi. «Rang»-kvant soni kiritilishi sababli 2 ta qoida yuzaga keldi. 1.Barionlar turli rangdagi uchta kvarkdan tashkil topgan. 2.Mezonlar 3 xil rang teng miqdorda qatnashgan kvark-antikvarklardan iborat. Shu sababli ham tabiatda «rang»li adronlar kuzatilmaydi. Kvarklarning uch xil rangda bo’lishi yangi simmetriyaga-rangli simmetriyaga olib keldi. Ya’ni kuchli o’zaro ta’sir ichki rangli fazodagi SUc (3) - almashtirishlar gruppasiga nisbatan invariantdir. Rangli simmetriya aniq simmetriyadir. Ya’ni, turli rangdagi lekin bir turdagi kvark bir xil massaga egadir. -gruppada -color- rang, 3 esa 3 xil rangni bildiradi. Rangli simmetriya nuqtai-nazaridan yuqorida qarab chiqqan ikkita qoidamiz quyidagi yagona ko’rinishga keladi: barcha adronlar rangli singletlar ko’rinishida mavjud bo’lishi kerak. Ya’ni, rang -kvant soni adronlar darajasida kuzatilmaydi. Rang tushunchasi kiritilgandan keyin turli turdagi kvarklar aromat— xushbo’ylik belgilari bilan nomlandi. (flavor — aromat, xushbo’ylik). -kvark -kvant soni, -kvark -kvant soni, s-kvark esa -kvant sonlari bilan bogliq. Bunga ko’ra, karklar -xushbo’ylik belgilaridir. Bu kvarklar o’z navbatida uch xil rangli holatda mavjud bo’lishadi. Shu o’rinda -simmetriya gruppalari to’g’risida ham to’xtalib o’tsak o’rinli bo’ladi. Yuqorida -simmetriyaga to’xtalib o’tuvdik. Shunga o’xshash -xushbo’ylik simmetriya gruppalari ham mavjud. Masalan, - simmetriya gruppasi - va - varklardan tuzilgan adronlarni o’zida mujassamlashtiradi. Bu yerda 2 soni ikkita va -kvarklarni, yoki izospini bildiradi. Chunki - va - kvarklar izospini ga teng. SU(3)- simmetriya esa va - kvarklarni o’z ichiga olgan adronlarni birlashtiradi. Shunday qilib, M.Gell-Mann va J.Sveygning kvark modelida 3 xil rangli 3 ta kvark va ularning antirang va antixushbo’y partnerlari - jami 18 ta fundamental zarracha bo’lib, barcha adronlar shu 18 ta zarrachadan iborat deb qaraldi. Lekin bu va kvarklar -mezonni va qolgan barcha adronlarni tushuntirib berishga yetarli bo’lmadi. Dastlab 1974 yili - mezon tajribada kuzatildi. Bu mezon massasi proton massasidan deyarli uch marta katta bo’lib, yashash vaqti ga teng. J/ -mezonning parchalanish kanallari Tez orada bu mezon to’rtinchi kvark – -maftunkor kvarkdan tuzilgani aniq bo’ldi. , ya’ni yashirin maftunkorlik kvant soniga ega. Shundan keyin boshqa maftunkor kvant soniga ega adronlar ham kuzatildi. - mezon- charmoniy deb ataldi. 1979 yili esa (ipsilon)-mezon tajribada kuzatildi. Bu mezonni - -kvarklardan tuzilgan sistema deb qaraldi. -beauty-go’zal kvark- beshinchi kvark bo’lib, ko’pincha «bottom»-tub kvark ham deyiladi. - mezon- bottomiy deb ham ataladi. 1975 yili - lepton va unga mos -tau neytrino tajribada topilgandan keyin, 6 ta leptonga mos 6 ta kvark mavjud bo’lishi va shu yo’l bilan lepton-kvark simmetriyasi mavjudligi bashorat qilindi. Shu yo’l bilan va -mezonlarga uxshash - tajribada izlandi. Hozirda esa 6 - kvark - -truth -haqiqiy (yoki top-cho’qqi) kvak-antikvarkdan tuzilgan zarrachalar ham topildi. Quyidagi jadvalda og’ir kvarklarning xarakteristikalarini keltiramiz.
Barcha kvarklar massalari Particle Data Group jadvallarida keltirilgan: MeV , GeV MeV, GeV MeV, GeV Shunday qilib, hozirda oltita kvark va ularning antikvarklari orqali barcha adronlar tuzilishi tushuntiriladi, Shu sababli , va simmetriya gruppalari mavjud. Ya’ni, bu erda 6 kvarklar soni yoki -aromat (xushbo’ylik) kvant sonlari bo’lib - va -kvarklar uchun mos holda va qiymatlar qabul qiladi. Bu erda - va - go’zallik va haqiqiylik ( -g’alatilik va -maftunkorlik kvant sonlari kabi) kvant sonlari bo’lib ularni -barion va -izospin bilan almashtirmaslik uchun index bilan yozdik. Endi kvarklarning bir-biri bilan o’zaro ta’sirini qaraymiz. Ular o’zaro glyuonlar bilan bog’langan bo’lib, kvarklar esa uch xil rangli holatda bo’lishadi. Shu sababli glyuonlar o’zaro kuchli ta’sir tashuvchilari hisoblanib, ular 8 xil rangli kombinatsiyada mavjud bo’lishadi. Ya’ni, glyuonlar -simmetriya gruppasining rangli oktetini tashkil qiladi. Lekin kombinatsiya -singlet bo’lib, rangli kvarklar orasidagi ta’sir tashuvchi vazifasini o’tamaydi. Shunday qilib, kuchli o’zaro ta’sirning ta’sir tashuvchilari soni 8 ta glyuondan iborat ekan. Shu o’rinda eslatib o’tamiz. Haqiqiy o’zaro kuchli ta’sir kvarklar orasida sodir bo’ladi. Nuklonlarni yadroda ushlab turuvchi pion kuchlari esa glyuon kuchlarining yadro masshtabidagi «qoldig’i» hisoblanadi. Shu sababli ham o’zaro kuchli ta’sir doimiysi ta’sir masofasiga qarab - gacha o’zgaradi. Endi kvarklar nuqtai-nazaridan qaraganda hozirgi zamon elementar zarralar klassifikatsiyasi juda oddiy ko’rinishga kelishini ko’ramiz. Bu jadvalga ko’ra, elementar zarralar asosan ikkiga, leptonlar va kvarklarga bo’linadilar. Leptonlar va kvarklar oltita xushbo’ylikka ega va ular uchta (avlod yoki oilaga) juftlikka bo’linadilar. Bu juftliklarga avlodlar deyiladi. Hozirgi paytda bu jadval elementar zarralar olamidagi barcha xilma - xillikni to’liq tushuntirib bermoqda. Yüklə 398,13 Kb. Dostları ilə paylaş:
|