Элементардык бѳлүкчѳлѳр жана алардын касиеттери

25-глава

Элементардык бѳлүкчѳлѳр жана алардын касиеттери. Бѳлүкчөлѳр жана антибѳлүкчѳлѳр. Элементардык бѳлүкчѳлѳрдү каттоонун ыкмалары

Элементардык бѳлүкчѳлѳр жана алардын касиеттери. Элементардык бѳлүкчѳлѳр - татаал бѳлүкчѳлѳрдү түзүүчү алгачкы бѳлүкчѳлѳр дегенди билдирет. Азырынча элементардык бѳлүкчѳлѳргѳ так аныктама бериле элек. Болгону мындай бѳлүкчѳлѳргѳ тиешелүү болгон бир катар касиеттер гана белгиленүүдѳ. 1932-жылга чейин физиктерге үч эле элементардык бѳлүкчѳлѳр (электрон, протон жана фотон) белгилүү болсо, 1956-жылы отузга жакын элементардык бѳлүкчѳлѳр белгилүү болгон. Ал эми бүгүнкү күндѳ белгилүү болгон микробѳлүкчѳлѳрдүн саны Менделеевдин таблицасындагы элементтердин санына теңдеш болуп кетти. Ар кандай заттардын атомдору жана молекулалары протон, нейтрон жана электрон сыяктуу негизги элементардык бѳлүкчѳлѳрдѳн турат. Булардан тышкары деле элементардыкка таандык болгон кѳп сандаган бѳлүкчѳлѳр бар, бирок заттардын түзүлүшүнѳ болгон алардын мааниси азырынча так белгисиз, изилдѳѳлѳр улантылууда.

Элементардык бѳлүкчѳлѳр бир катар касиеттерге ээ. Алар­дын эң башкысы болуп, башка бѳлүкчѳлѳр менен кагылышканда жаңы бѳлүкчѳнү пайда кылууга жѳндѳмдүүлүгү эсептелет.

Кагылышуу кезинде бул энергиялар бири бирине ѳтүп кетүүлѳрү мүмкүн. Мисалы, эки протон кагылышса пион пайда болот:

р+р →р+р + π°.

Эгер бѳлүкчѳлѳр жаңы бөлүкчөлөрдү пайда кылууга жѳндөмдүү болушса, анда алар кагылышуудан жутулуп да кетиши, башкача айтканда жок болуп кетиши да мүмкүн. Андан дагы бир эле кагылышуу да жутулуу да жана жаңы бөлүкчѳ да пайда болуусу, башкача сѳз менен айтканда бир бөлүкчө экинчи бѳлүкчѳгѳ айланып кетиши мүмкүн. Мисалы, γ - кванты менен протон кагылышса таптакыр башкача бѳлүкчѳлѳр: оң заряддуу пион жана нейтрон пайда болот:

γ +р → п + π⁺.

Элементардык бѳлүкчөлөрдө жаңы бѳлүкчѳлѳрдү пайда кылуу жана жутулуу процесстеринин болушу, «элементардык бөлүкчөлѳр тигил же бул бѳлүкчѳлѳрдѳн турат» деген түшүнүктүн мааниге ээ эместигин кѳргөзөт. Ошондой болсо да элементардык бѳлүкчѳлѳр кандайдыр бир «бөлүктѳрдѳн» турат, бирок ал ядро нуклондордон турат деген мааниде эмес.

Элементардык бѳлүкчѳлѳрдүн башка маанилүү касиети алар­дын көп санда болуусунда.

Жыйырманчы жылдары физиктер бүткүл дүйнө үч түрдѳгү элементардык бѳлүкчѳлѳрдөн - электрондордон, протондордон жана электромагниттик нурдануулардын кванттарынан гана турат деген түшүнүктѳ болушкан. Отузунчу жылдарда болсо элементардык бѳлүкчѳлѳрдүн саны кѳбѳйдү, бирок анча кѳп эмес санда. Болгону нейтрон, позитрон, мюон, нейтрино белгилүү болду. Ал кезде ар бир жаңы бѳлүкчѳнүн ачылышы физиктер үчүн чоң жетишкендик болуп эсептелген. Кыркынчы жылдын акырында физик-теоретиктер алдын ала айтышкан пиондор ачылган. Ал эми элүүнчү жана алтымышынчы жылдары жаңы ачылган бөлүкчөлѳрдүн саны жүздөн ашып кеткен.

Дээрлик бардык бѳлүкчѳлөр стабилдүү эмес. Эркин абалында стабилдүү болгон тогуз бѳлүкчѳлөр: протон, электрон, фотон, ошон­дой эле антипротон, позитрон жана нейтринонун төрт түрү бар. Эркин абалында нейтрон 11,7 минута, мюон 10 ‾ ⁶ с, заряддалган пион 10 ‾ ⁸ с, гиперондор жана каондор 10 ‾ ¹⁰ с жашай алышат.

? 1. Элементардык бөлүкчѳлөр жөнүндѳ кыскача түшүнук бергиле.

2. Эки протон кагылышса кандай бѳлукчѳ пайда болот?

3. γ - кванты менен протон кагылышса кандай бѳлүкчѳлѳр пайда болот?

4. Эркин абалында стабилдүү болгон канча жана кайсыл бѳлүкчѳлөр бар?

Бѳлүкчөлѳр жана антибѳлүкчѳлѳр. Англис физиги П. Дирак 1929-жылы теория жүзүндѳ позитрондун болорун алдын ала айткан. Үч жылдан кийин позитрон космостук нурдануунун курамынан табылган. Бул факт Дирактын теориясынын тууралыгын далилдѳѳдѳ гана эмес, позитрон эң биринчи табылган антибөлүкчө болгондугу менен да баалуу болгон. Ошентип, квант теориясы ар бир бѳлүкчѳнүн антибѳлүкчѳсү болорлугун айкындаган. Бѳлүкчѳлѳрдүн жана антибѳлүкчѳлѳрдүн тынч абалындагы массалары, жашоо убактылары бирдей. Бѳлүкчѳлѳрдүн да, антибѳлүкчѳлѳрдүн да электр заряддары абсолюттук чондуктары боюнча бири бирине барабар, бирок белгилери боюнча карама- каршы.

Тажрыйба жүзүндѳ биринчи жолу табылган антибѳлүкчѳ «оң электрон» - позитрон болгон. Ушундай эле кош бѳлүкчѳлѳрдүн мисалына оң жана терс мюондор, оң жана терс пиондор жана каондор кирет. Башка антибѳлүкчѳлѳрдүн аттары тиешелүү бол­гон бѳлүкчѳлѳрдүн аттарынын баш жагына «анти» ни кошуп жазуу менен алынат. Ал эми аларды белгилѳө үчүн ошол эле символ колдонулат, бирок астына сызыкча коюлат: протон р, ан­типротон р; нейтрон п, антинейтрон п. Фотондун, нейтралдуу пиондун жана эта-мезондун антибѳлүкчѳлѳрү жок (бул бѳлүкчѳлѳр жана алардын антибѳлүкчѳлѳрү дал келишет деп айтсак да болот).

Позитрон электрон менен бириккенде эки бѳлүкчѳ тең жок болуп, чоң энергиялуу фотондордун пайда болорлугу да Дирак тарабынан алдын ала айтылган. Мунун тескери процесси да болушу мүмкүн. Жетишерлик чоң энергиялуу фотондун ядро менен кагылышуусунан электрон-позитрон кош бѳлүкчѳлѳрү пайда болот.

Элементардык бѳлүкчѳлѳрдүн ортолорунда болгон реакциянын негизинде бир бѳлүкчѳнүн жок болуп кетиши, ошондой эле башка бѳлүкчѳнүн пайда болушу, бѳлүкчѳлѳрдүн бири бирине айланууларын туюнтат. Аны баштапкы бѳлүкчѳлөрдү түзүүчү жаңы бѳлүктѳрдүн пайда болуусу катары кароого болбойт. Эки бѳлүкчѳ тең тынч абалдарында белгилүү массаларга жана электр заряддарына ээ болушат. Мындан пайда болгон фотондор заряддарга ээ эмес, жана тынч абалдагы массалары да нѳлгѳ барабар. Буга дейре бѳлүкчѳлѳрдүн ичинен алгачкылардан болуп табылган, атомдун негизги түзүүчүлѳрүнѳн болгон электрондун түбѳлүктүү эмес экендигин эч ким баамдаган эмес.

Кийинчерээк бардык бѳлүкчѳлѳрдүн антибѳлүкчѳлѳрү табыл­ган. 1955-жылы антипротон ачылса, 1956-жылы антинейтрон белгилүү болгон. Антипротон терс электр зарядына ээ. Ядролору антинуклондордон, ал эми оболочкалары позитрондордон турган атомдор антизатты түзүшѳт.1969-жылы антигелий алынган. ? 1. Бѳлүкчөлѳрдүн жана антибѳлүкчѳлѳрдун окшоштугу жана айырмачылыгы.

2. Позитрон электрон менен бириккенде кандай бөлүкчө пайда болот?

3.Чоң энергиялуу фотон ядро менен кагылышканда кандай кош бөлүкчѳлѳр пайда болот?

Элементардык бѳлүкчѳлѳрдү каттоонун ыкмалары. Радиоактивдүү айлануулардан пайда болгон, космостук нурлардан байкалган жана атайын кубаттуу ылдамдаткычтар пайда кылган чоң энергиялуу бѳлүкчѳлѳр фотографиялык пластинкаларга таасир этишет, молекулаларды иондоштурушат, жаркыроолорду пайда кылышат. Мына ушундай таасирлери боюнча кыймылдагы бѳлүкчѳлѳрдү байкоого, аларды саноого, бири биринен ажыратууга жана алардын энергияларын ѳлчѳѳгѳ болот. Эгер бѳлүкчѳлѳр заряддалган болушса жана жетишерлик чоң ылдамдыктарга жетишсе гана аларды байкоого мүмкүндүк бар. Нейтралдуу бѳлүкчѳлѳрдү - фотондорду жана нейтрондорду алар заттар менен ѳз ара аракеттенип заряддалган бѳлүкчѳлѳр пайда болгондо гана байкоого болот. Тѳмѳндѳ мындай бѳлүкчѳлѳргѳ байкоо жүргүзүүнүн негизги методдоруна жана колдонулуучу куралдарга кыскача токтолобуз.

Азыркы кезде бѳлүкчөлѳрдү байкоонун тѳмѳнкү методдору колдонулат: цинтилляциондук эсептегичтер, иондоштуруучу эсептегичтер, камера методдору, калың катмарлуу фотопластинка методу ж. б.

Бѳлүкчѳлөрдү каттоо үчүн колдонулган алгачкы жѳнѳкѳй прибор катары люминесцирлѳөчү зат менен капталган экран колдонулган. Экрандын жетишерлик чоң энергиялуу бѳлүкчѳлөр урунган чекитинде жарк этүүлѳр - сцинтилляция пайда болот («синтилляцио» латын сѳзү, жаркылдоо, жарк этүү дегенди билдирет).

Бѳлүкчѳлѳрдү каттоого колдонулган биринчи негизги курал (прибор) немец физик-экспериментатору X. Гейгер (1882-1945) тарабынан 1908-жылы ойлоп табылган. Бул курал В. Мюллер тарабынан жакшыртылгандан кийин ага келип түшкѳн бѳлүкчѳлѳрдүн санын эсептѳѳгѳ мүмкүндүк болгон. Гейгер-Мюллердин эсептегичинин иштѳѳ принциби газ аркылуу ѳткѳн за­ряддалган бѳлүкчѳлѳр кыймыл жолунда кезиккен газдын атомдорун иондоштуруусуна негизделген. Терс заряддалган бѳлүкчѳ электрондорду түртүү менен аларды атомдордон бѳлсѳ, оң заряддалган бѳлүкчѳ электрондорду ѳзүнѳ тартып, аларды атомдордон ажыратат.

Эгер поршендүү туюк идишке суюктук куюлуп, поршендин жардамы менен ага жогорку басым жасалса, андан кийин поршенди тез жылдыруу менен суюктуктагы басым тѳмѳндѳтүлсѳ,анда тиешелүү температура кезинде суюктук өтө ысып кеткен абалда болушу мүмкүн. Мындай суюктук аркылуу заряддалган болүкчѳ чоң ылдамдыкта ѳтсѳ, анда анын траекториясын бойлото суюктук кайнай баштайт. Анткени суюктукта пайда болгон иондор буунун пайда болуусунун борбору болуп эсептелишет. Ошентип, бѳлүкчѳнүн траекториясы буунун кѳбүкчөлѳрүнүн тизмеги болуп калат, башкача айтканда кѳзгѳ кѳрүнгѳн газ пайда болот. Кѳбүктүү камеранын, иштөѳ принциби мына ушуга негизделген.

Бөлүкчѳлөрдү каттоо жана алардын издерин байкоо максатында ошондой эле, калың катмарлуу фотопластинка методу колдонулат. Бул метод фотоэмульсия аркылуу ѳткѳн бѳлүкчѳлѳрдүн бромдуу күмүшкѳ таасир этүүсүнө негизделген. Фото­пластинка ѳңүнѳ келтирилгенден кийин бѳлүкчѳлѳр тарабынан калтырылган издерди кѳз менен да көрүүгѳ болот. Фотопластинка микроскоп менен толук изилденет. Бѳлүкчөлѳрдүн изи жетишерлик узундукта болуу үчүн фотоэмульсиянын калың катмары колдонулат.