Қарапайым бөлшектердің түрлері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 40 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе
Бізді қоршаған табиғаттағы заттар неден тұрады? Оларды табиғат қалай
жасаған? Заттарды құрайтын ең кішкене бөлшек не деген сұрақтан қойылып
келеді. Үлкен, зәулім таулар аздық, желдік және вулкандық күштердің
әсерінен бұзылып тасқа, ал тастардың өзі бара-бара шыңға айналады. Заттың
бөлінуінің шегі бар ма? Табиғат бөле алмайтын ең кішкене бөлшек бар ма,
бар болса ол не?
Ертедегі грек философтары Демокрит және Лепкин мұндай бөлшектер бар,
олар атомдар деп есептеген. Атом грек тілінде бөлінбейтін деген сөз.
Атом қандай, оның түрі қандай деген сұраққа ғасырлар бойы жауапсыз қалды.
Мүмкін атом кішкене шариктер шығар, немесе басқа формада ма? Ертедегі грек
философы Анаксимандер әлемді төрт нәрсе – су, ауа, жер, от құрайтынын, ал
олардың өзі атомдардан тұратынын айтқан. Алайда ертедегі грек
философтарының бұл ойлары эксперимент жүзінде дәлелденбей, тек болжам
түрінде қалды да одан бергі ғасырларда көпкедейін атом туралы сөз болған
жоқ.
Атом туралы ілімнің XVII-XVIII ғасырларда қайтадан дамуына химиялық
элементтер тыралы түсініктің пайда болуы, химиялық реакциялар кезінде зат
массасының сақталуы, затты құрайтын элементтердің бір-бірінен
айырмашылығының болуы, мысалы судың құрамында сутегі мен оттегі болатыны
және тағы сол сияқты құбылыстар мен заңдылықтардың ашылуы үлкен әсерін
тигізді. Сөйтіп атомдар заттың ең кішкене бөлшектері, олар бір-бірімен
қосылып заттың химиялық қасиетін сақтайтын кішкене бөлшек-молекула
құрайтыны, ал молекулалар жиынтығынан бізді қоршаған заттар түзетіліні
ашылды.
Сонымен XIX ғасырдың екінші жартысында заттардықұрайтын ең кішкене бөлшек-
атом әрі қарай бөлінбейтін дүниенің кірпіш деп есептелді. 1870 жылы
ағылшын ғалымы Максвелл атом әрі қарай бөлінбейтін дене деп жазды. Бұл
пікір XIX ғасырдың соңына дейін келді. Атом ілімі XIX
ғасырдың аяғында ғана табиғатты зерттейтін физика, химия, математика
ғылымдарының өріс алуына байланысты дамып, ілгерілемей түсті. 1896 жылы
радиоактивтіліктің, 1897 жылы катд сәулелерінде электронның ашылуы, анод
сәулелерінің, яғни оң зарядталған бөлшектердің бар болуы атомның
бөлінбейтін бөлшек деген ұғымына шек келтірді.
Ендеше атом күрделі болғаны ғой. Ал оның құрылымы қандай, құрамына
қандай бөлшектер енеді және олар қалай орналасады деген сұрақтар пайда
болды.1
1. Атомды зерттей келе біз оның Z протондар мен А- Z нейтрондардан тұратын,
оң ядросыбар екенін көрдік. Ядроның айналасында стационар орбитамен
электрондар айналып жүреді. Электрон ядросы үлкен стационар орбитадан
радиусы кіші стационар орбитаға өтсе, атом фотон шығарады. Радиоактивтік
құбылыстарда тек атом ядролары ғана өздігінен басқа элементтердің
ядроларына түрленіп қоймайды, сол сияқты (байланыс энергиясы аз)
қарапайымбөлшектерде түрленеді. Мысалы, нейтрон протонға, электрон
нейтронға түрленеді

Міне, осының бәрі физиканың алдында көптеген жаңа шешілмеген сұрақтарды
тудырады. Олар: табиғатта бұл бөлшектер қалай өмір сүреді? Олардың
қасиеттерін қалай түсіндіруге болады? Неліктен олар бір-біріне түрленеді?
Бөлшектердің санықанша болады? т.б.
Осылайша физиканың жаңа саласы – қарапайым бөлшектер физикасы пайда болды.
Қарапайым бөлшектер физикалық энергиясы өте жоғары (W1 ГэВ) және аса
кішкене өлшемдегі қашықтықта (R10-15 м), шексіз аз уақыт аралығында
(t10-8 с) өтетін құбылыстарды зерттейді. Физиканың бұл бөлімін әлі өзінің
дамуының бастапқы кезеңіндедеуге болады.
Қарапайым бөлшектің түсігінің анықтамасын дәл беру қиын. Дегенмен физиканың
қазіргі таңдағыдамуына сүйене отырып, жуықтап, қарапайым бөлшектер деп,
ішкі құрылымын басқа бөлшектердің бірігуі деп түсінуге болмайтындай
микробөлшектерді айтады.
Жоғарыда біз қарастырған барлық құбылыстардың бәрінде де, қарапайым
бөлшектер біртұтас бөлінбейтін, тек түрленетін бөлшектер екені байқалды.
Қарапайым бөлшектердің қасиеттерін және мінездерін түсіндіру үшін
олардың массаларынан басқа, электр зарядын және спинін, солардың қатарында
оларға тиісті қосымша кванттық сандарды білу қажет.
1.2. XIX ғасырда заттың молекулалардан, ал молекулалардың атомдардан
тұратыны толығымен шешіліпбітті. Осыған байланыстыалғашқы микроскопиялық
қарапайым бөлшектер деңгейі бөлінді. Ол деңгейді атомдық молекулалық деп
атасақ, оған сәйкесті масштаб м болады.Резерфордтың 1914 жылы
жасаған - бөлшектердің шашырауы жөніндегі тәжірибелері реттік нөмірі
Z болатын атомның құрамы оң зарядты Zе (е-қарапайымзаряд) ядродан
тұратынын анықтады. Сол сияқты атомның құрамына электрондар да кіреді,
бірақ олардымикродүниенің ең терең деңгейіне орналасқан деуге болады.
массалық саны А, реттік номері Z болатын ядроның Р протондардан және n
нейтрондардан тұартын ғалымдар Д.Д. Иваненко, Е.Н. Гапон, В. Гейзенберг
1932 жылы ашты.
Протондар мен нейтрондар жалпы түрде нуклондар деп аталатынын біз білеміз.
Олар микрообьектінің бүтіндей бір класында, яғни ядроның класына жатады.
Ядрондық деңгейгем болатын масштаб сәйкес келеді.
1.3. Атом ядросы оңай өзгеретін Z электрондардан тұратын, борпылдақ
қабықшалармен қоршалған. Осы электрон қабықшаларызаттың химиялық және
физикалық (оптикалық) қасиеттерін анықтайды. Бұл мынаған байланысты.
Электрондардың атомнан жоғалып кетуі немесе атомдарға
барып бірігуі, соның нәтижесінде, атом оң не теріс иондардың пайда болуы
мүмкін. Сонымен қатар электрондар бір энергетикалықдеңгейден екінші
энергетикалық деңгейгеөтуі де мүмкін. Демек, нәтижесінде, атом не жарық
квантын жұтады, не шығарады. Электрондыбасқа бөлшектерден де тұратын
лептондар класының негізгі деп те атауға болады. Ал, фотондар болса
микрообьектілердің жаңа маңызды кластарының түріне жатады, оларды бөлшектер
арасындағы өзара әсерлесулерді тасымалдаушылар деп атайды.
1.4. Осыдан біраз бұрын нуклондар, электрондар және фотондар қарапайым
бөлшектердің бір деңгейіне орналастырылған болатын және олар оның бір
праволы мүшесі ретінде қаралған еді. Алайда, кейіннен
анықталғандайпротондар мен нейтрондар (жалпы барлық адрондар)
микрообьектілердің құрамында болып шықты. Олар өте ұсақ бөлшектерден
тұрады және n, d әріптерімен белгіленеді. Бұл бөлшектер кварктер класына
жатады. Осы ұсақ n және d айырмашылықтары бар кварктер, протондар мен
нейтрондар дан тұратын айырмашылығы бар, басқа адрондарды құруға қажет
болады. Қазіргі кезде қалыптасқан дәстүр бойынша, қарапайым бөлшектер деп
айтылып жүр.
Қазіргі кездегі көзқарасқа сәйкес, қарапайым бөлшектердің өздері де бұрыңғы
бір деңгейдің орнына, екі деңгейге жіктелетін болып шықты. Ең жағары
деңгейде құрама бөлшектер-адрондар және протондар (р) мен нейтрондар (n)
орналасқан. Оларды көбінесе фндаментальдық бөлшектер деп атайды. Дәл осы
деңгейде электрон е- (лептондар), фотондар (өзара әсерлесулерді
тасымалдаушылар) және сол сияқты n, d бөлшектері (кварктер) орналасқан.
Қазіргі таңда біз білетін қарапайым бөлшектердің (антибөлшектерін
қосқанда) саны 400-ге жақындап келе жатыр.
Біз әзірге тек, электронмен е- (позитронмен е+), протонмен р, нейтронмен n,
фотонмен және электрондық нейтронмен кездестік. Бұл бөлшектер
тұрақты немесе квазис тұрақты және олар табиғатта еркін
немесе әлсіз байланыстағы күйдеөмір сүреді. Шынында, квазис тұрақты
нейтрондар атом ядросының құрамына кіреді, олардың көпшілігі абсолют
тұрақты болып келеді. Ал қалған барлық қарапайым бөлшектер өте тұрақсыз
және олар екінші космостық сәулелерде немесе үдеткіштердің көмегімен
лаборатория жағдайында түзіледі де, одан ары тез ыдырап, ақыр соңында
тұрақты бөлшектерге айналады.
қарапайым бөлшектердың қасиеттерін және сипаттау үшін олардың мәндерінің
бір-бірінен айырмашылықтары бар физикалық шамалар ендіріледі. Солардың
ішінде бізге ең жақсы белгілілері масса, орташа өмір сүру уақыты, спині,
электрлік заряды, магниттік моменті болып табылады. Бөлшектердің басқа да
сипаттамалары, оның ішінде электр зарядынан айырмашылығы бар зарядтар
туралы, тақырыпты баяндау барысында белгілі болады.
Массасы m бөлшектердің Эйнштейннің W=mc2 өрнегіне сәйкес энергия
бірліктерімен (МэВ немесе ГэВ) өрнектеледі.

І-тарау. Қарапайым бөлшектер

§1
1.1. Қарапайым бөлшектердің түрлері
Қарапайым бөлшектерүш классқа бөлінеді. Олар: Лептон, Мезон,
Бариондар.
1. Лептонға: Электрон, Мюон, таон.
2. Мезонға: Пи-плюс-мезон, Пи-нол-мезон, Ка-плюс-мезон, Ка-нол-мезон, Эта-
мезон.
3. Барионға: Протон, Нейтрон, Лямбда-Гиперон, Сигма-плюс-гиперон, Сигма-
нол-гиперон, Сигма-минус-гиперон, Кси-нул-гиперон, Кси-минус-гиперон,
Омега-минус, гиперон жатады.

Енді бұларға жеке-жеке тоқталып айтатын болсақ. Бірінші лептон.
1. Лептондар өзінің атын гректің Лептос , аударғанда жеңіл деген мағынаны
беретін сөзінен алынған. Олардың қатарына күшті жерлесуге араласпайтын
бөлшекетр жатады.
Олар: Мюондар (), электрондар (), электрондық нитрино ()
және миондық нитрино(). Барлық лепптондардың спині ½ болғандықтан олар
фермиондар болып табылады. Барлық лептондар өзара әлсіз әсерлеседі. Олардың
ішіндегі электр зарядтары барлары электромагнитті өзара әсерлеседі.
Енді лептондар қатарына жататын бірінші қарапайым бөлшек миондарды
қарастырайық:
а) Жапон физигі Х. Юнава бөлшектер арасында алмасу жүрудің нәтижесінде,
ядролық күштер пайда болады деді. Осы алмасуға қатысатын бөлшектердің
массалары электрон массасынан 200-300 есе ауыр, ал шамамен алғанда нейтрон
және протоннан 10 есе жеңіл болуы керек деп көрсетті. Сондықтан оны
мезондар деп атады. Қазір ол символымен белгіленеді және мюон
деп аталады. Оң зарядталған және теріс зарядталған миондар
бар, ал мюон позитронға ұқсас, антибөлшектер. Олар ыдырағанда
мынадай процесс жүреді:
(1)
Мұнда - мюондық нитрино (антинитрино)
Антинириноның өмір сүру уақыты мин. Антинитриноның ыдырауы . Бұл
бөлшек теориялық түрде1934 жылы айтылған, β ыдырау прцессін зерттеу кезінде
айтылған. Тек 10 жыл өткеннен кейін оның тікелей заттарменәсерлесуі
анықталды. 1956 жылы Гейнес-Коуэн келесі процесті анықтаған
Лептондардың қатарына келесі қарапайым бөлшек электрон.
ә) Электрон бұл физикадан ең алғаш ашылған қарапайым бөлшек. Бұны ағылшын
физигі Томсон 1891 жылы ашты. Грек тілінен аударғанда elektron – янтарь
дегенді білдіреді. Электрон тұрақты бөлшек, оның магнит моменті
Электронның антибөлшегі позитрон, ол1932 жылы ашылған. Электрон массасы
,
б) Нейтронның электрондық және мюондық деп аталатын екі түрінің болатындығы
1962 жылы электрон-позитрондық ағындардың көмегімен электронға (және
мюонға) ұқсас аса ауыр бөлшек – ауыр лептон немесе тауон тір келеді.
Оның массасы -ге тең де, оның антибөлшегі болып шықты. Тауонның
да нитроносы және антинейтроносы бар. Оларды тауон немесе тау-
нейтрино деп атайды. Тауондардың орташа өмір сүру уақыты

2. Қарапайым бөлшектердің келесі класы мезондар аралық бөлшектер.
Бұл бөлшектердің теориялық түрде болатындығын айтқан 1935 жылы Жапон
физигі Юкава Аралық бөлшектердің массалары электронмен протонның
массаларының арасында болуы керек.
1947 жылы Ағылшын физигі Пауэлль космос сәулелерінің құрамынан анықтаған.
Мезон ерекше (мезос) орташа деген сөз. Ол бөлшектердің массасы электрон
массасынан шамамен 300 есе көп болған. Және ол бөлшектерді П – мезон деп
атаған. Кейіннен тәжірибе негізінде П+, П-, П0 мезондардан болатынды.
а) Мезондар класына жататын П+ мезон. Оның массасы Ал П0 мезон
массасы 264 Me (135 Мэв). Зарядтанған және бейтарап пиондардың спиндері
(S=0) нольге тең.

Және бұлар орнықсыз бөлшектер П+ және П- мезондардың өмір сүру уақыты
, ал П0 мезондікі . П мезондардың көпшілігі төмендегідей
схемамен ыдырайды:

П мезондар ядролық эсерлесудің бәрінің негізін құрайды. Мысалы:
1.
2.
3.
мезондар өмір сүру уақыты осы уақыттан кейін мезон
келесі схема бойынша ыдырайды:

табиғатта мезон жоқ.
Юкаваның одан әрі зерттеуі басқа да ауыр мезондардың , к-мезондардың
болатындығын тапты. к-мезондар (канондар) болатындығына әкеп соқты. Бұлар
орнықсыз ауыр бөлшектер мезон .
мезон мезонның өмір сүру уақыты секунд. -
мезондар мезондарға ыдырайды. Және келесідей К, және оған қарсы
антимезоны болады.
Бұлардың массасы Сонымен қатар , мезондар бар. сек.
мезонға ыдырайды сек. , ұзақ өмір сүруінен канон деп
атайды.
Енді канонның массасы

к-мезондар ядрондармен жақсы әсерлеседі. Олар ядро өрісінің кванттары бола
алады.
Эта мезон
Антибөлшегі массасы 540Мэв.
Жұптығы -1. Өмір сүру уақыты 7,0*10-19 сек.
Ыдырау схемасы

3. Бариондар класыналып қарасақ, грек тілінен (barus-ауыр)дегенді
білдіреді. Бариондар қатарында жартылай спинді ауыр және массасы протон
массасынан кем емес. Бариндар қатарына протон және нейтрон, гиперон,
резонанс және таңғажайып қарапайым бөлшектер жатады.
Барион қатарындағы бөлшектердің ең жүйелі протон, 1836 есе
электроннан ауыр. Ең тұрақты барион ол протон. Қалғандары тұрақсыз болып
табылады. Ол ыдырағанда протонға не жақсы қарапайым бөлшектерге айналып
кетеді. Енді барион класндағы протонға тоқталсақ, протон р әрпімен
белгіленеді, оның заряды +е және массасы

салыстыру үшін электрон массасы келтіретін болсақ, ол мынаған тең

Протон спині (S=12 ге те) және меншікті магнит моменті бар

Мұндағы

Ядролық магнетон деп аталатын магнит моментінің бірплігі. Бор магнетонымен
салыстырсақ шамасы -дан 1836 есе кіші болатындығы шығады.
Демек протоннан меншікті магнитмоменті, электронның магниттік моментінен
660 есе кіші болғаны. Грек тілінен аударғанда (protos-бірінші) деген
мағнаны білдіреді.
Тұрақты қарапайым бөлшек.
Нейтрон n 1932 жылы ағылшын физигі О. Чедвик ашқан болатын. Оның электрлік
заряды жоқ, бейтарап бөлшек, ал массасына келсек, ол

протон массасына өте жақын. Нейтрон мен протонның массларының айырымы
шамамен 2,5 me электрон массасына тең. Нейтронның спиніді протонның
спиніндей (s=12) және меншікті магниттік моменті бар

(меншікті таңбасы меншікті механикалық және магниттік моменттерінің
бағыттары қарама-қарсы екенін көрсетеді)
Еркіндік күйінде нейтрон тұрақты емес ( радиоактивті, ол өз бетімен
ыдырап,электрон шығарып(-е- және протонға айналып,сонан соң тағы да
антинитрино () деп аталатын бөлшек шығарады. Жартылай ыдырау периоды
шамамен алғанда 12 минутқа тең. Ыдырау схемасын мына түрде жазуға болады

Нейтронның массасы протон массасынан 2,5 me артық.

Гиперондар бариондар класына нуклондар (p,n)және массалары нуклондар
массаларынан үлкен.
Гиперондар () деп аталатын тұрақсыз бөлшектер кіреді. Барлық бариондар
өзара күшті әсерлеседі, демек атомдар ядроларымен белсенді түрде өзара
әсерлеседі. Бариондардың спиндері ½ болғандықтан олар фермиондарға жатады.
Протоннан басқа барлық бариондар тұрақсыз. Барионның ыдырауы кезінде, басқа
бөлшектермен қатар, міндетті түрде барион түзіледі. Бұл заңдылық бариондық
зарядтың сақталу заңының орындалуының көрінісі болып табылады. Бұл
бөлшектерді 1947 жылдары анықтады. Гиперондар деп массасы электронның
массасынан үлкен болатын қарапайым бөлшектерді айтамыз. Олардың келесідей
түрлері бар:
а) , мұның массасы Өмір сүру уақыты ыдырау схемасы
-гиперон спині 12

Резонанс
Қысқа резонанс болып бөлінеді. Олардың өмір сүру уақыты өте аз.
яғни резонометрдың пайда болуы ыдырауы бір нүктеде өтеді.
Резонанс энергиясы инвариянтты анықталады.

1. Бірінші резометар 1952 жылы Ферми тәжірибелерінде анықталған (Чикаго
университеті) Бұл тәжірибеде ІІ мезондар пратондар шашыраған. Бұл кезде
серпімді және серпімсіз шашыраулар жүреді.
1. Келесідей шашырау
а) (серпімді шашырау)
б) (серпімді емес шашырау)
в) (зарядтары алмасқан)
резонанстар бір немесе екі топқа бөлінеді:
1. Бриондық резонанстар, олар брионның зарядын иеленеді (В =1) және мезонға
ыдырайды оның бірі тұрақты барион.
2. Мезондық резонанстар (В =0) олар мезондарға ыдырайды. Нөлдік біртүрлі
резонанстар, біртүрлі деп аталады. 1981 жылы 300 ден аса резонанстар
белгілі болды. Резонанстар 40 бариондық, 30 мезондық изотоптық
мультиплеттер болып топталады.
Бариондық резонанстың массасы 1,2 ден 4 ГэВ аралығындағы интервалда
жатады. Ал мезондық резонастардікі 0,7 ден 2 ГэВ аралығындаға
жатады.спекро масстың ең жоғарғы жағында жататын резонанстардың спені
және ені болады. Аздаған жақсы орныққан спин . Бұл резонанстар
мезондық әдіспен ыдырауы мүмкін. Ауыр резонанстардың ең басты ерекшелігі
ыдырауының каналының көп бөліктілігі және каскадтылығы. Мысалы бариондық
резонанстың ыдырауындадоминарланған бұл процесс және П - мезон
тізбектілігін ыдырау арқылы өтеді.
§2 Қарапайым бөлшектердің өзара әсерлесу түрлері.

Қарапайым бөлшектерге қатаң анықтама беру. Алғашқы тұжырымдарға
жүгінсек, қарапайым бөлшектердің арғы жағында минор бөлшектер бар екенін
түсінуге болады. Олардың ішкі құрлымын физиканың даму барысындағы басқа
біріккен бөлшектермен салыстыруға болмайды.
Бұның алдындағы барлық бақлап жүрген бөлшектер өздерін бірлік жұптас
ұстайды. Қарапайым бөлшектер бір – біріне айналымын күтуі мүмкін. Бұған
мысалдар, бұдан бұрын айтылған мәселелерде қаралған болатын.
Қарапайым бөлшектердің құрлымы мен мағынасы түсіндіру үшін, оларды
бөлеміз. Массадан басқа, электірлік заряды және спині, толықтыру
қатарларына, мінездемесіне тағы тағы басқаға.
1) күшті (немесе ядролық) өзара әсерлесулер.
2) электромагниттік әсерлесулер.
3) әлсіз өзара әсерлесулер.
4) Гравитациялық өзара әсерлесулер.

Өзара әсерлесудің интенсивті мінездемелеу, әсерлесу константасымен жүзеге
асырылады.

1. Күшті өзара әсерлесулер нуклондар және антинуклондар, гиперондар және
анти гиперондар және мезондар арасында жүреді. Күшті өзара
әсерлесулер электрондар арасында болмайды. Өзара әсерлесудің бұл түрі,
ядродағы нуклондар арасындағы байланысты ұстап тұрады және ядролық
соқтығысулар кезіндегі гиперондардың жеке мезондардың пайда болуы
реакцияларын тудырады. Мұның мысалдарын біз жоғарыда өткен тақырыпта
антипратонның және антинитронның туу реакцыяларынан көрдік. Ядролық өзара
әсерлесудің (ядролық күштер) негізгі белігі ядродағы нуклондар арасындағы

П – мезондар алмасуы мен байланысты. Күшті өзара әсерлесулердің
байқалатын ең алыс қашықтығы (әсерлесу радиусы r) шамамен күшті
өзара әсерлесулер (Юнова процесі )өлшемсіз константамен сипатталады.

мұндағы q – мезондық заряд, оның рөлі электродинамикадағы электр зоряды е
– ге ұқсас. П- мезондардың өзара әсерлесулері негізіндегі шығарылу және
жұпталу уақыты.

Спектрдің негізгі заңдылықтарының қарапайым бөлшектеріне, спиндері бірдей,
массалары жуықтас қарапайым бөлшектер жатады. Мысалға 1 және 2 суреттерде
берілген ұзақ өмір сүретін бормандар мен мезондар мерілген.

Бұл суреттерде пратон мен нейтронның массалары жуықтас. Сол сияқты үш
гиперонның массаларыда бір біріне жуықтас. Екі геперонның
массаларын бір – бірінен айыру қиын. Сол сияқты мезондарда массалары бір
– біріне жуықтас екені көрініп тұр. Мұндай массалары жуықтас спиндер
бірдей жинақты мультиплет деп аталады. Екі бөлшектен тұратын
мультиплетті дублет деп ал, үш бөлшектен тұратын мултиплетті триплет
деп одан арғысы солай атала береді. Мультиплеттер нағыз бөлшектерден ғана
емес, сол сияқты резонанстарда да байқалады. Мұндай мультиплеттердің бар
болуы, изотоптың инвориянттылықтың күшті әсерлесуде бар екенін
түсіндіреді. Ядролық өзара әсерлесу, табиғаттағы өзара әсерлесулердің ең
күштісі болып табылады. Ол барлық өзара әсерлусулердің ішінде күштісі
олардың ішіндегі күштірегі электромагниттік өзара әсерлесуі. Бұл тұрақты
ядролардың әсер етуіне байланысты. Ол ядроның құрамында аттас зарядталған
пратондар болады. Салыстырмалы энергия қойылған ортада нуклонның
ядродағы байланысы
Екі протон соқтығысқандағы Кулон энергиясы бұл ядрода

2. Электромагнитті өзара әсерлесулер күшті өзара әсерлесулерге қарағанда
есе аз. Бұл процес зарядталған бөлшектер мен фотондар арасында
байқалады. Зарядты бөлшектерге кулондық күштер тарап нионның ыдырауы
кезінде , комптондық шашырауды электрондардың ядродан, протоннан, басқа да
электрондардан және тағы басқа серпімді шашырауларда байқалады.
Электромагниттік өзара әсерлесулер процесі (Диран процесі) мынандай
өлшемсіз константа арқылы сипатталады.
(4)
яғни бұл ядролық күштен ол 100 – 1000 есе аз. әсерлесу уақыты

Бұл күштердің әсерлеу радиусы шексіз болады.
2. Әлсіз өзара әсерлесулер фотондардың басқа бөлшектердің бәріне тән. Ең
оның таңымдылығы атом ядросының В – түрленуінде байқалады. Ол көптеген
қрапайым бөлшектердің массасы нейтронның тұрақсыздығын қамтамасыз
етеді. Сол сияқты әлсіз өзара әсерлесулердің мысалына мюондардың және
пиондардың ыдыраулары және тағы басқа жатады.
Әлсіз өзара әсерлесулер (Ферма процесі ) де өлшемсіз константа арқылы
сипатталады.

мұндағы f – электрондық нейтрондық заряд, ол әлсіз өзара әсерлесулердің
гипотикалық өрісіне тиісті. Әлсіз өзара әсерлесулер де күшті өзара
әсерлесулер сияқты өте қысқа қашықтықтын ғана білінед. Мұнда өзара
әсерлесулерді тасымалдаушы бозондар деген болжам бар. Өзінің өз дамуы
мен қысқа әсеріне қарамастан әлсіз әсерлесулер табиғатта үлкен рол
атқарады. Бұл әсерлесудің күн және жұлдыздар энергиясына қатысы бар.
қарамастан олар өзара әсерлесуге қатысады. Оған мысал алатын болсақ. Бұл
мысалда өзара үш процестің өзара әлсіз әсерлесуі көрсетілген
(7)

біреуінде ғана электрондық нитрино қатысады. Ал қалғандарында тек қана
мюоны, ал үшіншісінде басқалары. Әрбір осы процесте төрт фермион өзара
әсерлеседі, екі зарядталған ал екеуі нейтральды. Барлық процесте
константа бірдей.

Бұл ұқсастық бірнеше физиктерді алаңдатты (Ферми,Ли, Пуппи т.б.) және бір
уақытта (1948 - 1949)ж.
4. Гравитациялық өзара әсерлесулер бүкіл әлемдік тартылыс күші түрінде
байқалатын әлемнің барлық денелеріне тән қасиет. Бұл күштер
жұлдыздардың планеталар жүйесінің және т.б. болуына себепші болып
табылады. Гравитациялық өзара әсерлесулер күштері өте әлсіз, сондықтан
қарапайым бөлшектер дүниесінде қалыпты энергия жағдайында ешқандай роль
атқармайды. Гравитацыялық өзара әсерлесулер (Ньютон процестері) де
өлшемсіз константа мен сипатталады.

Мұндағы - бөлшектің гравитациялық заряды (протон) ролінде байқалады.
әсерлесулер радиусы шектелген . Гравитациялық өзара әсерлесу,
гравитациялық тұрақты мен сипатталады.

Дегенмен гравитациялық өзара әсерлесулер қарапайым бөлшектер теориясына
шеткерірек тұр десек қателеспейміз. Жоғарыда біз қараған әр түрлі өзара
әсерлесуде, осы өзара әсерлесулерді тасымалдаушы бөлшектердің түрі бірінен
бірі өзгеше екенін көрдік, ал гравитациялық өзара әсерлесуде осыларға
ұқсас тасымалдаушының рольін гравитандар атқарады. Ал гравитон ол
гравитациялық квант болып табылад. Онда масса, электрлік заряд жоқ. Спині
2 (Һ бір). Қозғалыс бағытындағы спиннің проекциялары + 2 және – 2 – ге
тең деп есептеледі. Қазіргі уақытта гравитон тәжірибе жүзінде әлі
ашылған жоқ.
Қарапайым бөлшектерді көбінесе төрт класқа бөледі. Сол кластың
біріне тең бір ғана бөлшек фотон жатады. Екінші шамасы лептондар,
үшіншісі - мезондар, төртіншісі – бариондар, түзеді. Көпшілік жағдайда
мезондар мен бариондарды өте күшті өзара әсерлесетін бөлшектер қатарына
жатқызады. (Грекше адрос ірі, массивті дегенді білдіреді) енді осы
бөлшектер қатарына қысқаша тоқталып өтелік.
1. Фотондар – электромагниттік өрістің (- кванттары, бұлар
электромагниттік өзара әсерлесулерге қатысады, бірақ күшті және әлсіз
өзара әсерлеспейді.
2. Лептондар өзнің астын гректің, Лептос аударғанда жеңіл деген
мағынаны беретін сөзінен алған. Олардың қатарында күшті өзара
әсерлесулерге араласпайтын бөлшектер жатады.
Олар: Мюондар ( ), электрондар , электорондық нитрино .
Барлық лептондардың болып табылад. Барлық лептондар өзара әсерлеседі.
Олардың ішіндегі электр зарядтары барлары (яғни мюондар және электрондар)
электромагнитті өзара әсерлеседі.
3. Мезондар бариондық зарядтары болмайтын, күшті өзара әсерлесуші,
тұрақсыз бөлшектер. Олардың қатарларына П – мезондар немесе пиондар ,
К – мезондар немесе каондар және эта – мезон жатады. Біз П-
мезондарға толық мағұлмат бергенбіз. К – мезондардың массасы 97 Me – ге
тең. (К мезондардың зарядтары үшін 494 МэВ, ал бейтараптары үшін 498 МэВ)
К – мезондардың өмір сүру уақыты Олар П – мезондар және лептондар
түзіліп, ыдырайды немесе тек лептондарға ыдырайды. Мезондардың
лептондардан айырмашылығы, олар өздерімен өздері өзара әсерлескенде, тек
әлсіз (егер олардың заряды болса, электромагниттік ) өзара әсерлесіп
қоймай, сол сияқты күшті өзара әсерлесулерге де қатыса алады.
Мезондарды мезондар мен бариондар арасындағы өзара әсерлесулер
реакцияларынан да байқауға болады. Барлық мезондардың спиндері нөлге
тең, себебі олар бозондар болып табылады.

§3 Қарапайым бөлшектерді тіркеу әдістері
Қарапайым бөлшектер, сол сияқты микробөлшектерді байқау, олардың
заттан өткендегі қалдыратын іздерінің көмегімен жүзеге асады. Қалдырған
іздерінің мінездемесіне қарап бөлшектің зарядын, энергиясын, импульсін
білуге болады. Зарядталған бөлшектер өз жолында молекулалардың ионизациясын
туғызады. Нейтральды бөлшектер ізін қалдырмайды. Бірақ олар өздерін
зарядталған бөлшектердің ыдырау моментінде немесе бір ядромен соқтығысқан
моментінде көрсетеді. Нейтральды бөлшектер қорыта келгенде зарядталған
бөлшектің ионизациясында байқайды. Бөлшектердің иондалғанын бақшайтын
құралдар екі топқа бөлінеді.
Бірінші топтағы құралдар бөлшектің ұшуын және кейде оның энергиясын
да талқылайды.
Ал екінші топтағы құралдарға тректі құрлдар яғни бөлшектердің ізін
бақшайтын құралдар жатады.
Бөлшектерді тіркейтін құралдарға: Иондалған камера, газбен зарядталған
счетчиктер, черенков счетчиктері, сцинтилляциялық счетчик және жартылай
өткізгішті счетчиктер жатады. Зарядталған бөлшектер заттардан өткенде тек
қана иондалып қоймай, сонымен қатар атомдарды қоздырады. Сцинтилляциялық
счетчик соны бақылауға негізделген. Орташа жағдайға келгенде атомдар,
көрінетін жарық білдіреді. Зарядталған бөлшектердің заттарды қоздырған
жарығы фосфор деп аталады.
Сцинтилляциялық счетчик фосфордан тұрады яғни одан жарық арнайы жарық
желісі арқылы жарық күшейткішке түседі. Жарық күшейткіштен шыққан импульс
счетчикке бағытталады. Сол сияқты импульстің амплитудасы да анық тасады, ол
бақылап отырған бөлшек жайында хабар береді.
Жпартылай өткізгішті счетчиктің жартылай өткізгіш диодтың көмегімен
жұмыс істейді. Онда ток күшінің кемуі арқылы негізгі тоқ тасымалдаушылар
алдындағы қабаттың тартылысы арқылы жұмыс істейді. Негізінде қалыпты
жағдайда диод жабық болады. Кіреберіс қабат арқылы өткен жылдам зарядталған
бөлшек, электрон тесік тудырады, яғни электродтар сорып алатын.
Қорытындысында электрлік импульс пайда болады. Жаңа туған бөлшектердің
жартысы тоқ тасымалдырушылар. Счетчиктер топтамасы бірігіп мынадай
тіркемелер жасау үшін яғни бір мезгілде әртүрлі құбылыстар бақтау үшін
немесе керісінше біреуін ғана. Бірінші жағдайда счетчиктердің сай келуі
айтылады, ол екінші жағдайда сай келмеуі айтылады. Көпдеген қабылданған
схемаларға қарап отырып, назар аударатынын бөліп алуға болады. Мысалға екі
счетчик (1 сурет) бірін біріне орнатылған және сай келу схемасына қосылған
осьпен ұшқан бөлшекті тіркейді, 2 және 3 бөлшектерді тіркемейді.
Тректік құралдардың қатарына Вильсон камерасы жатады, диффузиялық
камера, көпіршікті камера, ұшқынды және эмульсиялық камералар жатады.
Вильсон камерасы.

Бұл құралды Ұлыбритания физигі Ч.Вильсон 1912 жылы
ашқан.
Зарядталған бөлшектері ұшқандағы иондарының
жолақтары Вильсон камерасында көрінеді. Өйткені
иондарды белгісіз бір сұйықтықтың арқасында булану
пайда болады. Құрал үздіксіз істеп тұрмайды циклмен
ғана жұмыс істейді. Қандайда бір салыстырмалы
қысқа уақытта (~0,1-1с) сезімталдығымен ол келесі
циклға дайын болады.

Вильсон камерасының сызба нұсқасы 2 суретте берілген. Ондағы 1 шыны
цилиндр оның іші нейтральды газбен толтырылған. Негізінде онда гелий немесе
аргон толтырылады. Цилиндрдің төменгі жағында поршень 3 қойылған. Оның
міндеті камерадағы қысымды ауыстырып тұрады. Жұмыс көлемінде күшті, тұрақты
электрлік поля пайда болады. Камера жақтауына интенсивті жарық көзінен
жарық түсіріледі 5. Жоғарысында 4 фотокамера орналыстырылады. Камерада
келесідей процесс жүреді.
А) Жұмыстық циклге қосылғанға дейін камерадағы қысым мынадай бу қанықпаған
бірақ қанығуға жақын. Камера сорылған алаңнан кездейсоқ иондар тазартылады.
Б) Жұмыстық цикл адиабатталық тез басталады газдың 20% бөлінуімен. Бу
сорылған қалыппен кала береді. Камера арқылы өткен бөлшектің
троекториясынан, түсіргеннен кейін тазартылған алаңда тұманнан трек пайда
болады.
В) Тректер жарықталыныпфотоға түсіріледі
Г) Камера өз қалпына келеді.

Камера минутына 1 : 3 бөліну беруі мүмкін.
Жұмыстық жағдайдын 1%нен 0,1% і жаппай уақытта болады.
Егер Вильсон камерасын электромагниттік полялар арасына қойса, оның
мүмкіндіктері қатты өзгеруі мүмкін. Троекториясы бойынша магниттік поляның
әсер етуінен, бөлшектің зарядының белгісімен импульсін анықтауға болады.
Диффузиялық камера.
Диффузиялық камерада Вильсон камерасы сияқты жұмыс жасайтын зат
қанықпаған бу болып табылады. Бірақ қанықпаған күйде адиабаталық бөліну
болады.
Диффузиянын қорытындысында бу спиртпен –10 С камера қақпағындағы
көмірқышқылда болады. Қақпақтан жақын жерде қанықпаған бу қабаты пайда
болады. Оның қалыңдығы бірнеше сантиметр. Осы қабатта тректер (іздер)
бейнеленеді. Вильсон камерасына қарағанда, диффузияның камера үздіксіз
жұмыс істейді.

Көпіршікті камера

Бұл камераны 1952 жылы Д.Л.Глазер ойлап тапқан. Бұл камерада қанықпаған
будын орнына мөлдір сұйықтық пайдаланған. Камерадан ұшып шыққан иондалған
бөлшектер сұйықты қайнатады. Одан пайда болған көпіршікте тректер пайда
болады. Көпіршікті камера Вильсон камера сияқты циклмен жұмыс істейді.
Камера қысымның күрт төмендеуінен іске қосылады. Соның салдарынан жұмыс
істейтін сұйықтық тұрақты қайнаған күйге көшеді. Жұмыс істейтін сұйықтыққа,
ұшып шығатын бөлшектердің нысанасы болғандықтан сутегі, ксенон, пропан (С Н
) тағыда басқа заттар қолданылады. Камераның жұмыс көлемі 1000 литр.
Көпіршікті камераның көлемі Вильсон камерасы сияқты он сантиметрден екі
метрге дейін болады. Оның әсер ету көлемі Вильсон камерасына қарағанда 2-3
қатар жоғары. Онда сұйық газға қарағанда тығыздығы жоғары.Бұл жоғары
мүмкіндіктер көпіршікті камераның, бөлшектердің ыдырауы мен тіркеуіне үлкен
жол ашады. Көпіршікті камераның жұмыс істеу жылдамдығы айтарлықтай жоғары.
Ол 1 секундта оншақты бөлінулер орындайды. Вильсон камерасына қарағанда
көпіршікті камера бағынбайды. Оны ішкі счетчикке қосуға болмайды.
Бағынбауынын себебі ол өте жылдам ( 10 сек). Қосылмаған камерада
көпіршектерді сорылуынан. Дегенмен бұл кемшілік өте қорқынышты емес.
Өйткені көпіршікті камералар жоғары энергиялы жылдамдатқышта жұмыс істейді.
Бұндай жылдамдатқыштар импульсті болып келеді. Көпіршікті камералар
жылдамдатқышқа синхронды импульспен қосылады. Көпіршікті камералар ең
керекті жағдайларда қолданылады. Олар енқын тіркеулер мен зерттеулерде
кеңінен қолданылады, сол сияқты жоғары энергиясы бөлшектерді тіркегенде
қолданылады. Мысалы нейтронды реакцияларда (3 сурет).

Бұл суретте
процесінің қатысуы мен

көпіршікті камераның арқасында
түсірген бөлшектер іздері
бейнеленген. Көпіршікті камераның
тағыда бір мирикіндігіне мысал
келтіретін болсақ, ең біірінші
тіркелген жаңа бөлшек -
гиперонды мысалға алуға болады.
(4 сурет).

Ұшқынды камера

Ұшқынды камера 1957 жылы Краншау және де-Биром ойлап тапқан. Бұл
камера зарядталған бөлшектердің троекториясын тіркеуге құралған. Барлық
әртүрлі счетчиктер түріне берілген жағдай ол жылдам тіркеу. Дегенмен барлық
тіркеушілердің міндеті бөлшектің троекториясы жайлы хабар алу болып
табылады. Осы екі міндеттеменін екеуі де осы жаңа құрал ұшқынды камерада
біріктірілген. Ұшқынды камераның схемасы 5 суретте берілген.

Оның басты бөлігі көп қабатты
конденсаторға ұқсайды. Ол бір-біріне
жақын орналасқан тегіс параллель
электродтардан тұрады. Оның ауданы 1
м. Олар арагідік жалғанған.
Электродтардың жартысына заземление
жасалған. Ал қалған жартысы жоғарғы
вольтты импульсті жинаққа жалғанған
10-15 кв.

Бұдан троектория бөлігінен жаңа ғана өткен зарядталған бөлшек ұшқын
шашады, содан өтімділік бөлігінен және ионизация салдарынан трек өседі.
Ұшқынды фотоға түсіріп қана қоймай, екі ультрадыбысты детектормен тіркеп,
және келіп түскен дыбысты есептеу машинасына беріп, ондағы зерттеулер
мінездемесіне сай жасалған программа арқылы өзімізге керекті хабарларды ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.