Білім және ғылым министрлігі а.Қ. Ахметов



жүктеу 13.36 Mb.
Pdf просмотр
бет27/29
Дата24.03.2017
өлшемі13.36 Mb.
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   29
§  83. Антибөлшектер

Осыған  дейін  біз  тек  элементар  бөлшектер  туралы  айтқан  едік. 

Алайда әрбір бөлшектің өзіне тэн антибѳлшегі болады. Олар да бѳлшектер 

сияқты  символмен  белгіленеді,  айырмашылығы  тек  оның  үстіне  мәт 

(тильда-баспаханалық иректелген сызықша белгі) қойылады.

Антибөлшектің  болатындығын  1930  ж.  П.  Д ирак  болжап  айтқан 

болатын. Теориялық түрғыдан қарағанда, бөлшектің де, антибөлшектің 

де массалары,  ѳмір сүру уақыттары жэне спиндері бірдей болуы керек, 

ал оның шын мәнінде де, осылай екендігін тәжірибелер үлкен дәлдіклен 

дәлелдеді.  Бөлшектің  де,  антибөлшектің  де  электр  заряды,  магнит 

моменттері секілді басқа сипаттамаларын алып қарасақ, олар модульдері 

жағынан алғанда бірдей, таңбалары жағынан қарама-қарсы болып шы- 

ғатындығы  белгілі  болды.  Бөлшектермен  антибөлшектердің  мысалы:

электрон 

е~

  жэне позитрон 



=  е

  ,  протон 

р

  жэне антипротон 



р

нейтрон 


п

 жэне антинейтрон 

п

 ,  нейтрино 



  жэне антинейтрино у  

е

 • 


Алғашқы екі қос бөлшектерді алсақ, мысалы, олардың электр зарядтарын-

да айырмашылық бар, 

п

  және 


п

 -н ің  магнит моментінің таңбасында

(ең бастысы олардың бариондық зарадында),  ал 

V е


  және 

-н ің  айыр-

машьшықтарына кейін тоқталамыз.  Кейбір шынайы бейтарап деп ата­

латын  бөлшектердің  барлық  “ зарядтары”  нѳлге  тең  де,  бѳлшектер 

өздерінің антибѳлшектеріне теңбе-тең болады.

Ең алғашқы антабѳлшек позитрон, 1932 ж. ішінде күпггі магнит ѳрісівде 

тұрған қорғасьш пластинкасы бар, Вильсон камерасының кѳмегімен кос­

мос сэулелерін зертгеу кезінде ті^келді.  Кѳбіне жеткілікті мѳлшерде энер­

гиясы бар фотондар 

(Wy


  ) 

2mec~),


  зарядты 

X

  бѳлшектерімен соқтығыс- 



қанда позитрондар электрондармен қосарласа туады

ү + Х   ~ ^ Х+   е-

  +   е+ 

(83.1)

X

  бөлшегі (әдетте атом ядросы)  энергия мен импульстің сақталу 



заңы орындалу үш ін қажет.  Бұдан айқы н көрінетіні,  бұл заң жекелен­

ген еркін фотондардьщ ѳз бетімен электрон-позитрон жүптарына ьщы- 

рауына  жол  бермейді.  Баяу  қозғалған  электрондар  мен  позитрондар 

бірімен-бірі  кездескен  кезде  аннигиляцияланып,  екі  (үш   бұл  кѳбіне 

сирек) фотондарды тудырады

443


8 3 .1 —кесте

Бөлиюктөрдің аты

Бѳлшектер

Анти- 

бел шек- 

тер

m, 


МэВ

, о



Ыдырау схөиөсы

Фотон

Y

•  0



тұрақты

Л Е П Т О Н Д А Р

Электрон

er

ß4*



0,511

тұрақты

М ю о н

106


2,2 • IO-«

С" +  Ѵе +  Ѵй



Электронд ы қ  нейтрино

0



тұрақты

М ю о н д ы қ  нейтрино

Ѵі



0

тұрақты

М Е З О Н Д А Р

П  и- плю с- м ез он

1

 



ît+

n r

140


2 ,ß -1 0 -8

М + + Ѵ|Л|



П и -н ѳ л -м е з о н

îl°


135

0,8 ■IO -«

Ѵ + Ѵ

£ > + + е ~ + ү



К а -п л ю  с- м ез он

K *

К -

494


1,2.  ІО -8

Я+ +  П0


Л+ +  П+ +  Я -

К а -н ѳ л -м е з о н

k °

498


IO- ю

 



Ю-e

Л 



- (~jr~

л0 +  л0


3X+. + e ~ + v e

%

n - - \ - e + - \ - v e



Эта-мезон

r

549


2,4 -  10-19

У + У

л



+ n r + r t 0

л ° + п ° + п 0



Б А Р И О Н Д А Р

Протон

P

p

938,2


тұрақты

Нейтрон

n

n

939,6


0,0-10?

Р + С - Ь  ve



Л а  м б д а - г ипе рон

A

Ä

1116



2,5 - 10~10

p + J T *

/І +  Л



Оигмбі-плю с- гиперон



S+

1189


Q,8. 1 "

n +  Jl+


С и гм а-н  ѳ л -гиперон

2 °


1192


<   10

Л + ү



Сигм а

 - 


м инус- гип еро н

s -


2  -

1197


1,5.  IO -1»

n +  Jt-


К  си- н ѳ л -гип еро н

EQ



.1315

3 .1 0  


ベ 。

Л  +  л0


К  СИ' минус- гиперон

s -


S -

1321


1,7 • 10-10

Л  + Л Г


О м е г з-м ин ус-гип еро н

Q - .


Ü-

1672


1,3.  ІО-io

S 0+ : n r

Л + / С -

444


е~ + е +

 — > 


2ү ■

(83.2)


“ Аннигиляция”   термині  қазақ  тіліне  аударғанда  “ жойылу”   деген 

мағынаны білдіреді.  Бірақ м^ны дәл осылай деп түсіну теріс болар еді.

(83.2)-не қарағанда ешқандай материяның жойылуы ж оқ.  Материяның 

бір  түрі  (электрон,  позитрон)  оның екінш і түріне  (фотонға)  айналып 

түр.  Бүл  жерде  тағы  бір  көңіл  аударатын  нәрсе  жылдам  электрондар 

мен позитрондар соқтығысқанда фотондар ғана туып қана қоймайды, 

әр түрлі бөлшектер,  тіпті өте  ауыр  бөлшектер де туады  екен.

Қ азіргі танда, әрбір бөлшектің өзіне тән антибөлшегі табылған.

Мысалы,  антипротон 

p

  (1955 ж.) реакциядан ашылған



p*  + p * 

P + P +  P + P '

 

(83.3)


ал антинейтрон 

n

  (1956 ж.) реакцияны “ қайта зарядтау” кезінде ашылды



р +  p

  —> 


п+ n

 • 


(83.4)

Ф изикалы қ жүйені сипаттайтын барлық шамаларды түрлендірген 

кезде,  барлық бөлшектер антибөлшектермен ауыстырылады (мысалы, 

электрондар позитрондармен, ал позитрондар электрондармен жэне т.б.), 

мүны  зарядтардың  түйіндестігі  деп  атайды.  З арядты -түйіндестік 

бөлшектердің қайсысын бөлшек, қайсысын антибөлшек деп алу, жал­

пы айтқанда,шартты түрде болады. Алайда, бір қос зарядты-түйівдестік 

бөлшектерді іріьстеуден кейін,  басқа қос  бөлшектерді іріктеуде,  бақы- 

ланатын  өзара  әсерлесулердегі  бариондық және лептондық зарядтар- 

дың сақталуының орындалуын қамтамасыз ету керек.  Электрон және 

протонды  бөлшек,  ал  позитрон  және  антипротонды  антибөлшек деп 

атау  қабылданған.  Басқа  бөлшектер  ү ш ін   де,бариондық 

( В )

  және 


лептондық 

( L )


  зарядтардың  сақталуларының  талабының  орындалу 

нәтижелері 83.1-кестесінде келтірілген.

§  84.  Элементар  бөлшектердің негізгі түрлері

Төменде  біз  қысқаша  элементар  бөлшектердің  негізгі  түрлеріне 

тоқтала кетеміз.  1932 ж. элементар бөлшектерден белгілі болғаидар тек 

электрон  е~ ,фотон 

ү ,

  протон 



р

  жэне  нейтрон 

п

  болды.  Сонымен 



қатар  В.  Паули  сол  уақытта,  нейтриноның  ѵ   бар  екендігі  жөнінде

445


болжам  айтқан  еді.  Алғашқы  кезде,  осы  азғана  бөлшектің  өзімен  де 

материяның қүрылысы жөніңце ж еткілікті түрде суреттей алуға болды. 

Зат молекулалардан, молекулалар атомдардан түрды. Ал кез-келген атом­

ный, электрон қабықшаларымен қоршалған ядросы болды. Атом ядро­

сыньщ құрамына протондар жэне нейтрондар кірді.

Т үсініксіз болғаны,  осы протондар мен нейтрондарды атом ядро­

сында  үстап  тұратын  ядролы қ  күш тердің  табиғаты  еді.  1934  ж. 

И.Е.  Тамм  жоне  Д.Д  Иваненко  осы  күштердің  механизмі  ядролық 

өзара  алмасуда  жатыр деп  үсынған  болатын.  Кейіннен  жапон  физигі 

X.  Юкава бөлшектер арасында алмасу жүрудің нәтижесінде,  ядролық 

күштер пайда болады деді.  Осы алмасуға қатысатын бөлшектердің мас­

салары  электрон  массасынан  200-300  есе  ауыр,  ал  шамамен  алғанда 

нейтрон жэне  протоннан  10 есе жеңіл болуы  керек деп  кѳрсетті.  Сон- 

дықтан оны мезондар деп атады (біз бұл туралы жоғарыда келтіргенбіз). 

Қазір  ол 

символымен  белгіленеді  жэне  мюон  деп  аталады.  Оң 

зарядталған 

JU+


  жэне  теріс  зарядталған 

мюондар  бар,  ал 

мюон  позитронға 

е+

  үқсас,  антибѳлшек  болып  табылады.  Мюондар 



орнықсыз бѳлшектер, олар ыдырағанда мынадай процестер жүреді

мұнда 


ѵ ц

 

мюондық нейтрино  (антинейтрино),  олар  ядронын, 



ß  -

ыдырауы  кезінде  түзілетін  кәдімгі  электрондық  нейтрино 

ѵ е

  (анти­


нейтрино v  e ) секілді.  Нейтриноның электрондық және мюондық деп 

аталатын  екі  түрінің болатындыгы  1962  ж.  анықталды.  1975  ж.  элект- 

рон-позитрондық  ағындардың  көмегімен  электронға  (және  мюонға) 

үқсас  аса  ауыр  бөлшек-ауыр лептон  немесе  тауон 

т

 •  тіркелді.  Оның



массасы 

m ~


 3500m e -ге тең де, оның  антибѳлшегі  т +  болып шықты.

Тауонның  да  нейтриносы  Ѵг  жэне  антинейтриносы  ѵ  

  бар.  Оларды



тауон немесе тау-нейтрино деп атайды. Тауондардьщ орташа ѳмір сүру

уақыты 


іо-13с.


Я д р ол ы қ  өзара  әсерлесулерді  тасымалдауш ы  бөлш ектер  п и - 

о н д а р   ту р а л ы   б із   ж о ға р ы д а   7 7 - ш і  п а р а гр а ф та   “ Я д р о л ы қ

+ Ѵе+Ѵ

^ ,


(84.1)

446


к ү ш т е р ”  та қы р ы б ы н д а   қ а р а ға н д ы қ т а н   бұл  жерде  о ға н   т о қ т а л - 

м аймы з.

Өткен  ғасырдың  50-шы  жылдарында  космос  сәулелерінде  және 

үдеткіштерде  жаңа  бөлшектердің  (антибөлшектердің)  үлкен  бір  тобы 

тіркелді:  каонондар  (ка-мезондар) 

К  +,  К °

  лямбда-гиперон  Д ° ,  сиг-

ма-гиперондар  Е +,  Е°, 

кси-гиперондар (каскадтық 

..一


физиктер  ү ш ін   күтпеген 

84

  j



жағдай  болды.  Олардың 

мінезінде  әдеттегіден  тыс

ерекшеліктер  болды.  Олар  көбінесе  қосарлана  өте  тез  пайда  болды 

(уақыты  ~ 

10-23

 с), ал ыдырауда олар қосарланбай жеке-жеке дара жэне 



баяу жүреді (орташа өмір сүру уақыты 

т  ~


  10

-10


  +1СГ

8

 с).  Сондықтан 



да ка-мезондар және гиперондар ғажап бөлшектер деп аталды.

Өткен  ғасырдьщ  60-шы  жылдарында  жүзден  астам,  өмір  сүру 

уақыты  өте  қы сқа  (т  ~  10 

+ 1 0  


с ),  бөлшектер  ашылды.  Олардың 

пайда болған уақытынан ьщырағанға дейін жүріп өтетін жолының үзын- 

дығы  шамамен  ю

15



  м болды.  Мұндай  бөлшектерді  кө п ір ш ікт і каме- 

раның детекторлары да тіркей алмады.  Осындай бөлшектердің ьщырауың 

нәтижесі немесе,  мысалы, 

л +


  мезондардьщ шашырау санының олар­

дьщ  кинетикалық  энергиясынан  тәуелділігінің  графигі  найза  түрінде 

көрінеді (84.1-сурет).  Суреттегі максимум резонанстық қи с ы ққа  үқсай- 

ды.  Сондықтан мүндай жаңа бөлшектерді резонанстық деп атайды.  Ре- 

зонанстық  бөлшектердің  өмірі  қы сқа   болғанымен,  олар  кәдімгі  эле­

ментар бөлшектердің қасиеттеріндей қасиетгері, яғни олардың массасы, 

спині, электрлік заряды жэне т.б.  бар.  Резонанстар элементар бөлшек- 

тер класының ішіндегі ең көп санды бөлшектер болып табылады.

1974  ж.  массивті  (массасы  протоннан  екі  есе  көп)  резонанстарға

қарағанда  (салыстырмалы  түрде  алғанда),  түрақты  (т 

1

СГ



20

с )  джи-

бөлшектердің  бар  болуы

гиперондар)

0,  S


一,

оме- 


га-гиперон  ß   .  Барлық 

гиперондардың массалары 

протон  массасынан  үлкен 

болып  ш ы қты .  М ұн д а й

800  W,  МэВ

447


псимезондар 

J  /у/


  табылды.  Олар “ таңғажайып,

бөлшектердің бастап- 



қ ы   тегі  болды.  Таңғажайып  бѳлшектер 

( D +,  D ° ,  F \  к c

  жэне  т.б) 

теория жүзіңде  болжап айтылған  болатын.  1977 ж.  ипсилон -мезондар

Y   ашылды.  Олардьщ массалары протонньщ массасынан  10 есе артық 

болды.  Бул  бѳлшектер  тек 

В + , В



  мезондар  кір е тін  “ ѳте  әсем”  



бөлшектердің тобының алғашқы тегі ретінде қаралады.

Ең соңында,  1983 ж.  әлсіз өзара әсерлесулерді тасымалдаушы ара- 

л ы к бозондар 

W + ,W~ ,Z °

  тіркелді.  Олардьщ массалары 

tnw  ~


 81  ГэВ 

жэне 


mz

  ~ 93  ГэВ те, өмірлерінің үзақтығы 

т

 



1СГ2  с.  болды.  Бүлар 

қазіргі  уақыттағы  белгілі  элементар  бөлшектердің  іш індегі  ең  ауыры 

және ең орнықсызы болып саналады.

Әлі де көптеген элементар бөлшектердің түрлері ашылуы мүм кін. 

Ол жүмыстар болашақтың үлесіне тиеді.

§  85.  Элементар бөлшектердің өзара түрленуі

Микродүние  физикасында  негізгі  теориялық  және  тәжірибелік 

зерттеу әдістеріне шашырату әдісі жатады. Оған мысал ретінде Резерфорд- 

тың,  Франк-Герцтің,  Штерн-Герлахтың,  Комптонның тәжірибелерін 

келтіруге болады.

Кез-келген шашырау жөніндегі тәжірибені үш негізгі сатыға бөлуге 

болады.


1 . Қолайлы  деп  саналатын  бөлшектер  көзі  шамамен  алғанда  әр 

ш оқты ң  энергиялары  бірдей  болатын,  бөлшектері  бір-бірімен  өзара 

әсерлеспейтін  бір  не  екі  параллель  ш оқты   тудырады.  Бүрын  қозғал- 

майтын нысанаға бағытталатын бір ғана ш о қ пайдаланылатын.  Соңғы 

кезде қарама-қарсы протон-протондық, протон-антипротоңцық, элек- 

трон-электрондық, электрон-позитрондық шоқтар кең қолданылуда.

2.  Әр шоқтағы бөлшектер жақындап келіп,  өзара эсерлесулер  ай- 

мағына кіреді.  Соның нәтижесінде олар шашырайды. Демек, олардың 

қозғалыс к ү й і өзгереді немесе жаңа бөлшектер туады.

3.  Шашыраған бөлшектер үлкен қа ш ы қты ққа  микродүние масш- 

табымен таралып кетеді жэне олар детекторлармен тіркеледі. Детектор- 

лар бөлшектерді тіркеп қана қоймай, оларды сипаттайтын шамаларды 

(массаны, энергияны,  импульсті, спинді, электрлік зарядты жэне т.б.) 

ѳлшейді.


Бѳлшектер арасындағы өзара эсерлесулер әр түрлі процестерді қам- 

тиды.  Олар үш  үлкен топтарға бөлінеді:

1 .Серпімді шашырау

a + b 

a + b

 

(85.1)



448

(а  жэне 

Ь

 -бѳлшектер  символы)  бөлшектер  түрленбейді,  тек  қана 



өздерінің козғалыс к ү й ін  өзгертеді.

М ұн ы ң  мысалы,  Резерфорд тәжрибесіндегі 

a

 -бөлшектерінің яд­



родан  шашырауы,  еркін  электрондардан  фотондардьщ  комптондық 

шашырауы болады.

2.  Серпімсіз процестерде (реакцияларда)

а + b 


с1 +

 ••• + 


(85.2)

соқтығысатын бөлшектер,  бөлшектердің басқа түріне түрленеді.

Мысалы,  қос электрон-позитронның (83.1),қос аннигиляцияның

(83.2),  антипротонның түзілу процесі (83.3), реакцияны  “ қайта заряд- 

тау”  (83.4)  кезінде  туады.

3.  Ш ашырау  кезінде  пайда  болған  бөлшектер,  сирек  кездесетін 

жағдайда, тұрақсыз болады және ыдырауға ұшырайды

сі

 ~ > С|  + ... +  с,г. 



(85.3)

Мысалы,  нейтронның 

ß

 -ыдырауы,  мюондардың  (84.1) және  пи- 



ондардың (77.3)  ыдыраулары.

Бастапқы берілген бөлшектердің жағдайында, соңғы күйде дәлме- 

дәл  сондай  бөлшектер  болу  керек  деп  ойлауға  болмайды.  Керісінше, 

процестің соңында, түрліше ықтималдықты,  әр түрлі бөлшектер пайда 

болуы м үм кін,  мысалы:

Қарастырылатын процесте бастапқы бөлшектердің жиынтығын кіру 

каналы,  олардың  соңғы  жиынтығын  шығу  каналы  деп  атайды.  (85.4) 

өрнегіндегі жақшаларда оң  каонның  ыдырау процесінің,  әр түрлі  ка- 

налмен өтуінің,  салыстырмалы ықтималдығы көрсетілген.

Ш ашырау  жэне  ыдырау  процестерінің  бәрі  де  сақталу  заңымен 

басқарылады.

Бөлшектердің  әр  түрлі  түрленулерінің  маңызды  сипаттамасы 

процестін  энергиясы 

Q

  болып  табылады.  Ол  болшектің  соңғы  жэне 



бастапқы кинетикалық энергияларыньщ айырымы ретінде анықталады

/

о



 /

о

 



\

/



 

/



 

о

/



 

ü

/l



/

 

о. 



о/

5

 



2

 

0



/

7



*

 



ß 

,

6



 

2

 



5

 

1



— Я 

р  


П °

  + ,


— /c+ +

к



29-27

449


Q = T

j

^



  ~ ( ^ k   - W kb),

  немесе 

Q = 

,

 



(85.5)

a = l  

« = 1


мүндағы  бірінші  ѳрнек  шашырау  процесіне,  ал  екінші  ѳрнек  ыдырау 

процесіне жатады (соңғы жағдайда 

a

 -бѳлшегі тыныштықта деп есептелінеді). 



Толық релятивистік энергияның сақталу заңын жаза отырып

W a  + W b 

= V  

W a


  немесе 

=  s


(85.6)


a = l 

a = l


жэне  эр  бѳлшектер  үш ін  

W

  энергиясы  оның ты ны ш тық жэне  кине- 



тикалық энергиясынан түрады деп 

(W   = тс~

 



 



WK

 ) есептеп, процестің 

энергиясын есептеу үш ін қарапайым ѳрнек аламыз

Q =


 | ( w «  + w j - ^ m a j c 25  немесе

Ö  = | ^ - E

w a J c 2 . 

(85.7)


Егер  масса  энергиялық  бірлікпен  ѳрнектелсе,  онда 

с 2


  -  ты  жазудың 

қажеті ж оқ.

Кез  келген  серпімді  процестерде  (85.1)  энергия  шығарылмайды 

және  жұтылмайды,  сондықтан  да  ол  үш ін  барлық  уақытта  ( 9 = 0 .  

Қалған  процестердің  бәрі де  энергия  бѳлінетін 

Q > 0

  экзотермиялық 

жэне энергия жүтатын 

(Q  < 0 )

 эндотермиялык деп бөлінеді.

Кез  келген  ыдырау,  шын  мәнінде,  экзотермиялық  процесс  бола­

ды. 

Q > 0


  болуына байланысты  (85.7) өрнегінің 2-ші тендеуінен ьщы- 

раудың қажетті шартының жалпы түріне  (85.3)  келеміз

П

.

 



(85.8)

Мысал:  бір  жағынан  е ркін  нейтрон 

ß

  - ыдырау ға  ұшырайды



п 

р

 + 



е + ѵ е

  жэне энергия бѳлінеді

Q  =

 {ш „  -  



( т р

  +  


т е

 ) } с 2  ~  0,78  МэВ.

Е кінш і жағынан протон нейтроннан жеңіл және ол еркін жағдайда 

р  


п + е+  + ѵ е

  схемасымен ьщырамайды. Протон атом ядросы ішінде

450


байланыстағы күйде түрып, 

ß +


  -ыдырауға түсуі м үм кін (85.2) түріндегі 

серпімсіз процестер  (реакциялар) экзотермиялық та 

(Q

 )  О),  эндотер­



миялык та 

(Q {


  О)  бола береді.  (85.7) өрнегінің бірінш і  тендеуіне сэй­

кес, нақты реакцияньщ түрі және оның энергиясы тиісті бөлшектердің 

массаларыньщ мәндерімен анықталады.  Егер реакция эндотермиялық 

болса,онда  ол  соқтығысатын  бөлшектердің кез  келген  энергиясында 

өте бермей, кейбір минимальдық энергиядан аспайтын энергияда өтеді. 

Бастапқы бөлшектердің бүл минимальдық кинетикалық энергиясынан 

бастап реакцияньщ энергиялық м үмкіндігі болатын жағдайын, берілген 

реакцияның 

Wma6

  табалдырықтық энергаясы (немесе табалдырық) деп 



атайды.

Егер  бастапқы  куйде  бөлшектердің  импульстерінің  қосындысы 

нөлге  тең  болмаса,  онда  түзілген  бөлшектің  толық  импульсі  нөлден 

өзгеше болады (импульстің сақталу заңы).  Сондықтан жалпы жағдайда 

бастапқы  кинетикалы қ  энергияньщ  бѳлігі  міндетті  түрде  түзілген 

бөлшектің масса центрінің қозғалысына жұмсалады.  Басқаша айтқан- 

да, бастапқы кинетикалық энергия массаны (дәлірек айтқанда тыныш- 

ты қ энергиясын)  “ тудырып” қана қоймай, оны жан-жаққа қуады.  Осы­

дан табалдырықтық энергия жұтылатын энергиядан кем болмайды

^ т а в Щ -

 

(85.9)


Табалдырықтық энергиямен жүтылу энергиясын есептеудің мыса- 

лын қарастырайық. Антипротонның туу реакциясы (83.3) эндотермия- 

л ы қ болып табылады, яғни ол  Ö  =  

—2 т р 


  ~


 -1 ,9   ГэВ.  Егер алғашқы 

протондардың бірі тыныштықта болса,  онда 

Wma6  = 6 т

р



  ~

 5,7  ГэВ. 

Бұл  энергия  |ß|  -дан үш  есе  артық болады. Ал  егер бастапқы протон- 

дар қарсы ш о қты кі болса,  онда 

=  

2 т рс 2


  = | ô | .

Біз  жоғарьща  элементар  бөлшектердің  бір-біріне  ѳзара  түрлену 

қабілеггіліктерінщ тамаша фундаментальдық қасиеттері бар екенін көрдік. 

Түрленген бөлшектер бастапқы бөлшектер ішінде ж о қ болатынына көңіл 

аударсақ, онда бүл бөлшектердің соқтығысқандағы (шашырағандағы) 

немесе ьщырағандағы процестерде пайда болатыны ѳзінен-ѳзі кѳ рініп 

түр.  Т ү с ін ікті болу үш ін   мынаған көңіл  аударайық.  Фотон атом ядро­

сыньщ  құрамында  ж о қ,  ал  ол  электрон  бір  энергиялық  деңгейден, 

е кінш і энергиялық деңгейге ѳткенде пайда болады.

Дәл солай өзара түрлену процестерінде, бұрын белгісіз жаңа бөлшек- 

тер  ашылады.  Ол  ү ш ін   түрақты ,  жоғары  энергиялы,  белгілі  бір 

бөлшектерді бір-бірімен соқтығыстыртады да,  сонан кейін реакдияның 

жүру  нәтижесіндегі  өнімді  және  қандай  бѳлшектерге  бѳлініп  кету

451


фрагменттерін  зерттейді.  Мысал  үш ін,  ғажап  бөлшектер  ашылған  екі 

реакцияны қарастырайық

п~ 

р  


К +  + 

,

p  + р



  > 

К

  +  А°  + 



р

  • 


(85.10)

X X


  ғасырдың 50-ші жьшдардың бас кезіне дейін жоғары энергия­

лы бөлшектердің кө зі ретінде,  космос сәулелері алынды.

Атмосфераның  жоғарғы  қабатынан  космостық  протон  өткенде, 

жалпы саны миллиардқа жететін көптеген бѳлшектер туды, яғни кос­

мостык несер болды.  Космос сәулелерін бѳлшек кѳзі ретінде қараудың 

маңызы ѳте үлкен.  Олардьщ энергиялық диапозонының кендігі,  орта­

ша энергиясы шамамен  Ю 10  эВ, ал максималдық энергиясы шамамен 

1020  эВ  аралығында  болады.  М ұны ң   екінш і  жағынан  кемш ілігі  бар. 

Ол  тәжірибені  дәл  уақытында  бақылай  алмаушылық,  себебі  қажетті 

уақиғаның  өте  сиректілігі,  сол  сияқты  тәжірибені  жүргізудің  қи ы н - 

шылығы  (қүралды  өте жоғары  биіктікке  көтеріп ж еткізу қажет).

Қазіргі кезде бөлшектердің көзі ретінде үдеткіштер қолданьшады. 

Осы  к ү н гі  лаборатория  жолымен  алынатын  электронньщ  максимал- 

д ы қ  энергиясы  35  ГэВ,  ал  протондікі  Ю 3  ГэВ-ке  жетеді.  Алғашқы 

бѳлшектер  ш оғы   нысанаға  тигенде,  табиғатта  табиғи  жағдайда 

кездеспейтін элементар бөлшектердің екінш і ретті шоғы мен атом яд­

ролары  алынады.  Осы  екінш і  ретті  элементар  бѳлшектер  шоғының 

ыдырау  ѳнімдерінен  жаңа  уш інш і  жэне  т.б.  бөлшектер  ағыны  қүр ы - 

луы мүмкін.  Осындай тәсілдермен жетьсілікті мөлшердегі интенсивтілігі 

бар жоғарғы энергиялы электрондық, нейтринолық ағындар алуға бо­

лады. Әр ағын өзінің нысанасына бағытталады және шашыраудың тиісті 

процестері  зерттеледі.  С оны ң  нәтижесінде,  бөлшектердің  өзара 

әсерлесулерін  және  олардың  іш к і  қүрылы мын  зерттеуге  м үм кіндік 

туады.


Жаңа бөлшектерді тудыру үш ін қарсы кездесетін шоқтардың  (кол- 

лайдерлер)  қондырғыларын  пайдалану  ѳте  тиімді.  Мүнда  модульдері 

бірдей, бірақ импульстері қарама-қарсы бөлшектер соқтығысады.  Сон­

да, әдеттегі үдеткіштің энергиясыньщ  оған эквивалент қарсы кездесетін 

шоқтардың үдеткіш інің энергиясына 

Wc

  эквивалент екендігін  былай 



жазуға болады

W   -  


2WC /(m c2) .

 

(85.11)



Осыдан  біздің  энергиядан  үтуымыздың  ѳте  мол  болатындығын 

кѳреміз. Жэне де ол соқтығысатын бөлшектердің энергияларыньщ квад-

452


ратына тура  пропорционал да,  массаларына  кері  пропорционал.  Осы 

себептен де, электрон-электрондық, электрон-позитрондық коллайдер- 

лер  өте тиімді.  Кеңестер  Одағында қарсы  шоқтарды  пайдалану алғаш 

рет  1967  ж.  іске  асырды.  Осы  к ү н гі  қуатты  қондырғыларда  протон 

антипротонмен соқтығысқандағы энергиялары 

Wc  =


  270  ГэВ,  ал элек­

трон жэне позитрондардьщ энергиялары  19 ГэВ болып  шығады. Соңғы 

(85.11) өрнегі арқылы кәдімгі үдеткішке эквивалент  энергияны аны қ- 

тасақ, 


o ji

W  ~


 1,5  1015  эВ болады, яғни бул космос сәулелерінің орта­

ша энергиясынан әлдеқайда көп.

§  86.  Өзара әсерлесулердін  түрлері

Барлық  элементар  бөлшектер  бір-біріне  ж е ткіл ікті  мөлшердегі 

қа ш ы қты ққа  келгенде өзара әсерлеседі. Элементар бөлшектердің өзара 

әсерлесулерін  төрт түрге белуге  болады.  Олар  м ы надай:1 ) күш ті  (не­

месе ядролық) өзара эсерлесулер,  2) электромагниттік өзара эсерлесу­

лер,  3) әлсіз өзара эсерлесулер, 4) гравитациялық өзара эсерлесулер  .

К үш ті өзара эсерлесулер нуклондар жэне антинуклондар,  гиперон- 

дар жэне антигиперондар жэне 

л

± ,  7Г°, 



,  K Q

  мезондар  арасында 

жүреді.  К ү ш ті ѳзара эсерлесулер лептондар арасында болмайды.  Ѳзара 

әсерлесулердің бүл түрі, ядродагы нуклондар арасындағы байланысты 

үстап  тұрады  және  ядролық  соқтығысулар  кезіндегі  гиперондардың 

жэне мезондардьщ пайда болу реакцияларын тудырады.

М үны ң мысалдарын біз жоғарьща өткен тақырыпта антипротонның 

және  антинейтронны ң  туу  реакциялары нан,  сол  с и я қты   ғажап 

бөлшектердің туу реакцияларынан көрдік. Ядролық өзара әсерлесулердің 

(ядролық  күштер)  негізгі  бөлігі  ядродағы  нуклондар  арасындағы 

п

 - 


мезондар алмасуымен байланысты.

К үш ті өзара әсерлесулердің байқалатын ең алыс қаш ықтығы (эсер- 

лесу радиусы 

r

 )  шамамен  Ю   13  см.



К ү ш ті ѳзара эсерлесулер (Юкава процесі) ѳлшемсіз константамен 

сипатталады

g 2 /(һ с) ~

 1 (немесе  10-15

),

 

(86.1)



мүндағы 

g

 —мезондық заряд, оның рөлі электродинамикадағы электр 



заряды 

e

 —ге  үқсас. 



n

 —  мезондардьщ  өзара  әсерлесулері  кезіндегі 

шығарылу және  жүтылу уақыты


Электромагнитгік өзара эсерлесулер күш ті өзара әсерлесулерге қара- 

ғанда  102  - 1 0 ?  есе  аз.  Бұл  процесс  зарядталған  бөлшектер  мен  фо­

тондар арасында байқалады.  Зарядты бөлшектерге  кулонды қ күштер 

тән. Электромагниттік өзара эсерлесулер аннигиляция процесінде, бей­

тарап пионны ң ьщырауы 

п °  


2 ү

  кезінде, комптонды қ шашырауда, 

электрондардьщ  ядродан,  протоннан,  басқа  да  электрондардан  жэне 

т.б. серпімді шашырауларда байқалады.

Электромагниттік ѳзара эсерлесулер процесі (Дирак процесі)  мы­

надай ѳлшемсіз константа арқылы сипатталады

е 2 /(й с ) =  1 /1 3 7 , 

(86.3)


яғни  бұл ядролық  күштен  ол  100-1000 есе  аз.  Әсерлесу уақыты

. 1 3 7 〜 1 0 '



10 '

 

(86.30



Бұл күштердің эсерлесулер радиусы шексіз болады.

Әлсіз ѳзара  эсерлесулер  фотондардан  басқа  бөлшектердің  бәріне

тән.  Ең оның танымалдылығы атом ядросының 

ß

 -түрленуінде байка-



лады. Ол кѳптеген элементар  бөлшекгердің, мысалы нейтронньщ тұрақ- 

сыздығын  қамтамасыз  етеді.  Сол  сияқты  әлсіз  өзара  әсерлесулердің 

мысалына  мюондардың  жэне пиондардың ыдыраулары жэне т.б. жа­

тады.


Әлсіз  өзара  эсерлесулер  (Ферма  процесі)  де  өлшемсіз  константа 

арқылы сипатгалады

f 2/(h c)

 

(86.4)



мұндағы 

f

 



-электрон-нейтрондық заряд, ол әлсіз өзара әсерлесулердің 

гипотетикалық  өрісіне  тиісті.  Әлсіз  өзара  эсерлесулер де  күш ті  өзара 

эсерлесулер сияқты өте қы сқа қаш ықты қтан ғана білінеді.  Мүнда өза- 

ра әсерлесулерді тасымалдаушы бозондар деген болжам бар (§ 84-і қара- 

ңыз).

Гравитациялық  өзара  эсерлесулер  бүкіл  әлемдік  тартылыс  кү ш і 



түрінде байқалатын әлемнің барлық денелеріне тән қасиет. Бұл күштер 

жүлдыздардың,  планеталар  ж үйесінің жэне  т.б.  болуына  себепші  бо­

лып  табылады.  Гравитациялық  өзара  эсерлесулер  күштері  өте  әлсіз, 

совдықтан элементар бөлшектер дүниесіңце қалыпты энергия жағдайын- 

да ешқандай роль атқармайды.

Гравитациялық өзара эсерлесулер (Ньютон процестері) де өлшемсіз 

константамен сипатгалады 

454


мүндағы 

-Jy  т р


 -бөлшектің  гравитациялық  заряды  (протон)  рөлінде

байқалады.  Эсерлесулер радиусы шектелмеген 

( r  = 

.

 Дегенмен гра-



витациялық  ѳзара  эсерлесулер  элементар  бөлшектер  теориясынан 

шеткерірек  түр  десек  қателеспейміз.  Жоғарыда  біз  қараған  әр  түрлі 

өзара әсерлесулерде, осы өзара әсерлеулерді тасымалдаушы бөлшектердің 

( түрі бір-бірінен өзгеше екенін көрдік, ал гравитациялық өзара әсерле- 

суде осыларға ұқсас тасымалдаушының рөлін гравитондар атқарады.

Гравитонға м енш ікті нөлдік масса теңгеріледі,  ал оның спині 2-ге 

теңгеріледі.  Қозғалыс  бағытындағы спиннің проекциялары +2 және -2-ге 

тең деп  есептелінеді.  Казіргі  уақытта  гравитон  тәжірибе  жүзінде  әлі 

I  ашылған ж оқ.

Элементар  бөлшектерді  көбіне  төрт  класқа  бөледі.  Сол  кластың 

біріне  тек  бір  ғана  бөлшек  фотон жатады.  Е кін ш і  класын  лептон­

дар,  үшіншісін-мезоңдар, төртіншісін-бариондар түзеді.  К ө п ш іл ік ж аг­

дайда мезондар мен бариондарды өте күш ті өзара әсерлесетін бөлшек- 

I  тер  қатарына  жатқызады.  Бұл  бөлшектерді  адрондар  деп  атайды 

(грекше  “ адрос”  ір і,массивтгдегенді білдіреді).)

Енді осы бѳлшектер  кластарына  қы сқаш а тоқталып ѳтелік.

I I  

1 . Ф о то нда р -эле ктр ом а гни ттік  ө р істің  



Y

 -кванттары ,  бұлар 

электромагниттік өзара әсерлесулерге қатысады, бірақ күш ті және әлсіз 

өзара әсерлеспейді.

2. Лептондар өзінің атын  г р е к т ің

’лептос” ,аударғанда  жеңіл  де­



ген  мағынаны  беретін сөзінен алған.  Олардың қатарында кү ш ті өзара 

әсерлесулерге  араласпайтын  бөлшектер  жатады.  Олар:  мюондар

j i 

электрондар 



(е~,е+

 ) ,электронды қнейтрино  ( ѵ „ , ѵ „ ) , жэне

мюонды қ нейтрино 

(У ^


 

.  Барлық лептондардың спині  1/2 болған-

дықтан,  олар  фермиондар  болып  табылады.  Барлық  лептондар  әлсіз 

өзара  әсерлеседі.  Олардың  іш індегі  электр  зарядтары  барлары  (яғни 



  мюондар жэне электрондар) электромагниттік ѳзара әсерлеседі.



3.  М езондар-бариондық  зарядтары  болмайтын,  к ү ш т і  өзара

f  әсерлесуші, түрақсыз бөлшектер.  Олардың қатарларына 

п

  -мезондар



455

немесе  пиондар 

( п  + , п ~ , п ° )

  , 

К

 -м езондар  немесе  каондар



( К +, К ~  , К °  , К °

 )  жэне эта-мезон  ( 

Т)

 ) жатады.  Біз 



п

 -мезондарға то-

л ы қ мағлұмат бергенбіз. 

К

  -мезондардьщ массасы 



9 7 0 т е

 -ге тең ( 

К  

мезондардьщ  зарядтылары  үш ін   494  М эВ,  ал  бейтараптары  үш ін  498



М эВ ). 

К

  -мезондарының өмір сүру уақыты  10~8с .  Олар 



п

 -мезондар 

жэне лептондар түзіліп, ыдырайды немесе тек лептондарға ыдырайды.

Эта-мезондар  массасы  549  МэВ 

(1014 т е

 ),  өмір  сүру уақыты  1СГ19 с.

аралығына тең.  Эта-мезондар 

п

 -мезондар және 



ү

 -фотондарын түзіп 

ыдырайды.

Мезондардьщ  лептондардан  айырмашылығы,  олар  өздерімен- 

өздері  өзара  эсерлескенде,  тек  әлсіз  (егер  олардьщ  заряды  болса, 

электромагниттік)  ѳзара әсерлесіп қойм ай,  сол  сияқты   кү ш т і  өзара 

әсерлесулерге де қатысады.  Мезондарды мезондар мен бариондар ара­

сындагы өзара эсерлесулер реакцияларынан да байқауға болады.  Бар- 

л ы к   мезондардьщ  сп ин і  нѳлге  тең,  себебі  олар  бозондар  болып  та­

былады.


4.  Бариондар класына нуклондар 

(р ,п )


  жэне массалары нуклон-

дар  массасынан  үлкен,  гиперондар (A, S+

Е°, 


2~,

 Н°,




Q- )  деп  атала­

ты н  тұрақсы з  бөлшектер  кіреді.  Барлық  бариондар  к ү ш т і  өзара 

әсерлеседі, демек, атомдар ядроларымен белсенді түрде өзара әсерлеседі. 

Бариондардың спиндері  1/2 болғандықтан олар фермиоңцарға жатады. 

Протоннан  басқа  барлық  бариондар  түрақсыз.  Барионның  ыдырауы 

кезінде, басқа бөлшектермен қатар, міндетті түрде барион түзіледі.  Бул 

заңцылық бариондық зарящың сақталу заңыньщ орындалуының көрінісі 

болып табылады.

Жоғарьща  аталған  бөлшектерден  басқа,  күш ті  өзара  әсерлесетін, 

өмірі өте қы сқа резонанстар деп аталатын бөлшектер бар.  Резонанстар-

дың  өмір  сүру  уақыты 

~

  10  "  + 1 0 _22с  аралығында  болады.  Кейбір 



резонанстар бозондар болғандықтан мезондар класына жатады, ал кейбі- 

реулері фермион болғандықтан оларды гиперондар класына жатқыза- 

ды.

456

1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   29


©emirsaba.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет