Barcha jismlar, shu jumladan o'zimiz ham atomlar deb ataladigan kichik qurilish bloklaridan iborat. Bunday "g'isht" larning tabiatda qancha turlari mavjud bo'lsa, shuncha ko'p kimyoviy elementlar. Kimyoviy element bir xil turdagi atomlarning yig'indisidir.

Materiya eng kichik “zarrachalar”dan qurilgan degan fikrni qadimgi yunon olimlari bildirgan. Aynan ular bu zarralarni atomlar deb atashgan (yunoncha so'zdan "bo'linmas" degan ma'noni anglatadi). Qadimgi yunonlar atomlarning shakllanganligiga ishonishgan muntazam ko'p yuzli: kub ("yer atomlari"), tetraedr ("olov atomlari"), oktaedr ("havo atomlari"), ikosahedr ("suv atomlari"). Materiyaning atomistik tuzilishi haqidagi g'oyani eksperimental tasdiqlashdan oldin yigirma asrdan ko'proq vaqt o'tdi. Bu gʻoya 19-asrning 2-yarmida kimyo va molekulyar-kinetik nazariya yutuqlari tufayli nihoyat fanda oʻrnatildi. 20-asrning boshlariga kelib, fiziklar atomlarning o'lchamlari 10-10 m va massasi 10-27 kg ekanligini allaqachon bilishgan. Bu vaqtga kelib, atomlar umuman "bo'linmas" emasligi, ular ma'lum bir ichki tuzilishga ega ekanligi ma'lum bo'ldi, uning yechimi Dmitriy Ivanovich Mendeleev (1834-1907) tomonidan aniqlangan kimyoviy elementlarning xususiyatlarining davriyligini tushuntiradi. .

1903 yilda, elektron kashf qilinganidan ko'p o'tmay, ingliz fizigi Jozef Jon Tomson (1856-1940) diametri taxminan 10-10 m bo'lgan musbat zaryadlangan shar shaklida atom modelini taklif qildi, uning ichida elektronlar mavjud. kesishgan (qarang Elementar zarralar). manfiy zaryad elektronlar kompensatsiyalangan musbat zaryad sharlar. Elektronlar sharning markazi atrofida tebranganda, atom yorug'lik chiqaradi. Tomson elektronlar markaz atrofida qatlamlarga guruhlangan deb hisoblagan.

Tomson tomonidan taklif qilingan modelda atomning massasi uning hajmiga teng taqsimlangan. Bu taxminning noto'g'riligini tez orada ingliz fizigi Ernest Rezerford (1871-1937) isbotladi. 1908-1911 yillarda uning rahbarligida metall folga orqali a-zarrachalarni (geliy yadrolari) sochish bo'yicha tajribalar o'tkazildi va zarracha nozik folga orqali erkin o'tib, faqat kichik og'ishlarni boshdan kechirdi; ammo ba'zi kamdan-kam hollarda (taxminan 10 000 tadan bittasi) a-zarrachalarning 90° dan katta burchak orqali tarqalishi kuzatilgan.

"Bu deyarli aql bovar qilmaydigan darajada edi, - deb eslaydi Ruterford keyinchalik, - go'yo siz 15 dyuymli snaryadni bir varaq qog'ozga otgansiz va snaryad qaytib kelib, sizga tegib ketadi".

A-zarrachalarning tarqalishi bo'yicha tajribalar ishonchli tarzda ko'rsatdiki, atomning deyarli butun massasi juda kichik hajmda - diametri taxminan bo'lgan atom yadrosida to'plangan.

Atom diametridan 10 000 marta kichik. A-zarralarning aksariyati massiv yadroning yonidan unga tegmasdan uchib o'tadi, faqat vaqti-vaqti bilan u bilan to'qnashib, orqaga "sakrab" ketadi.

Rezerford tajribalari atomning proton-neytron modelini yaratish uchun asos bo'lib xizmat qildi. Ushbu model atomning tuzilishi haqidagi zamonaviy g'oyalarni belgilaydi.

Demak, atomning markazida atom yadrosi joylashgan (uning oʻlchamlari taxminan 10“14 m); atom hajmining qolgan qismi elektronlardir. Yadro ichida elektronlar yoʻq (bu 30-yillarning boshlarida aniq boʻldi) ); yadro musbat zaryadlangan protonlardan iborat va neytron zaryadiga ega emas. Atomdagi elektronlar soni yadrodagi protonlar soniga teng; bu ma'lum bir kimyoviy elementning atom raqami (uning seriya raqami davriy tizim).Elektronning massasi proton yoki neytron massasidan taxminan 2000 marta kichik, shuning uchun atomning deyarli barcha massasi yadroda to'plangan.Turli elektronlar yadroga turli darajada bog'langan;

ularning ba'zilari nisbatan oson "yo'qoladi", atomga aylanadi ijobiy ion. Qo'shimcha elektronlarni olish orqali atom manfiy ionga aylanadi.

Atom modelini yaratishda Ruterford Kulon kuchlari manfiy zaryadlangan elektronlar va musbat zaryadlangan yadro o'rtasida harakat qilishini taklif qildi. Ko'rinib turibdiki, elektronlar atom ichida tinchlana olmaydi, chunki ular keyinchalik yadroga tushadi, shuning uchun Rezerfordning taxminiga ko'ra, sayyoralar quyosh atrofida aylanayotgani kabi elektronlar ham yadro atrofida harakat qiladi. Shuning uchun Rezerfordning atom modeli sayyora deb ataldi.

Atomning oddiy va vizual sayyoraviy modeli to'g'ridan-to'g'ri eksperimental asosga ega. Bu a-zarrachalarning tarqalishi bo'yicha tajribani tushuntirish uchun mutlaqo zarurdir. Ammo bunday model mexanika va elektrodinamika qonunlariga ziddir. Bu atomning mavjudligini, uning barqarorligini tushuntirishga imkon bermaydi. Axir, elektronlarning orbitalarda harakati tezlashuv bilan sodir bo'ladi va juda katta. Maksvellning elektrodinamika qonunlariga ko'ra, tezlashtirilgan zaryad sekundiga yadro atrofidagi aylanishlar soniga teng chastotali elektromagnit to'lqinlarni chiqarishi kerak. Radiatsiya energiyani yo'qotish bilan birga keladi. Energiyani yo'qotib, elektronlar yadroga yaqinlashishi kerak, xuddi sun'iy yo'ldosh atmosferaning yuqori qismida tormozlanganda Yerga yaqinlashadi. Nyuton mexanikasi va Maksvell elektrodinamikasiga asoslangan mutlaqo qat'iy hisob-kitoblardan ko'rinib turibdiki, elektron yadroga arzimas vaqt ichida (taxminan 10-8 soniya) tushishi kerak va atom o'z faoliyatini to'xtatadi.

Aslida, bu kabi hech narsa sodir bo'lmaydi. Atomlar barqaror va qo'zg'almas holatda umuman elektromagnit to'lqinlar chiqarmasdan abadiy mavjud bo'lishi mumkin. Bu eng muhim xulosaga olib keladi: klassik fizika qonunlari atom shkalasi hodisalariga taalluqli emas.

O'ta og'ir vaziyatdan chiqish yo'lini 1913 yilda buyuk Daniya fizigi Nils Bor (1885-1962) topdi, u atom tuzilishini, uning emissiyasi va yutilishi shartlarini belgilovchi mashhur kvant postulatlarini kiritdi. elektromagnit nurlanish. Mana ular:

Birinchi postulat: atom tizimi faqat maxsus statsionar yoki kvant holatda bo'lishi mumkin, ularning har biri ma'lum energiya En ga to'g'ri keladi. Statsionar holatda atom nurlanmaydi.

Ushbu postulat klassik mexanikaga aniq ziddir, unga ko'ra harakatlanuvchi elektronlarning energiyasi har qanday bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, u Maksvell elektrodinamikasiga zid keladi, chunki u elektromagnit to'lqinlarning nurlanishisiz tezlashtirilgan harakatlanish imkoniyatini beradi.

Ikkinchi postulat: atomning bir turg'un holatdan ikkinchisiga o'tish jarayonida elektromagnit energiyaning kvanti chiqariladi yoki yutiladi.

Ikkinchi postulat Maksvell elektrodinamikasiga ham zid keladi, unga ko'ra, chiqarilgan yorug'lik chastotasi elektron orbitasining chastotasiga teng. Bor nazariyasiga ko'ra, chastota faqat atom energiyasining o'zgarishi bilan bog'liq.

ATOM YADROSI

Proton-neytron modeliga koʻra, atom yadrolari ikki turdagi elementar zarrachalardan iborat: proton va neytron (yana q. Atom).

Ma'lumki, proton zaryadi musbat va zaryadga teng elektron.

Neytronning elektr zaryadi yo'q, uning massasi 1,00867 a.m.u. 1 atom massa birligi (a.m.u.) uglerod atomi massasining 1/12 qismiga teng va kilogrammga 1 a.m.u nisbatda bog'liq. =1,6605 10-27 kg; 1 am 931,5 MeV energiyaga to'g'ri keladi).

Yadrodagi protonlar soni yadro zaryadi deb ataladi va yadrodagi elektronlar soniga teng. atom qobig'i, chunki atom umuman neytraldir.Shuning uchun yadrodagi protonlar soni davriy sistemadagi ZB elementning atom raqamiga teng.

A yadroning massa soni yadrodagi Z protonlar soni va N neytronlar sonining yig'indisiga teng: A=Z+N.

Proton va neytronning massalari bir-biriga yaqin bo'lganligi sababli, A massa soni elementning nisbiy atom massasiga juda yaqin. Massa sonlarini juda yuqori aniqlikka ega bo'lmagan asboblar yordamida yadro massalarini qo'pol o'lchash yo'li bilan aniqlash mumkin.

Biroq, qarindosh atom massalari ba'zi elementlar butun sondan juda farq qiladi. Shunday qilib, bor uchun 10,81, xlor uchun - 35,45. Nega? Ma'lum bo'lishicha, bir xil kimyoviy elementning yadrolari yadrodagi protonlar soni bir xil bo'lgan neytronlar soni va elektron qobiqdagi elektronlar soni bo'yicha farq qilishi mumkin,

Bu yadrolar bir xil Kimyoviy xossalari va davriy sistemaning bir katagida joylashgan. Bu izotoplar. Kimyoviy oddiy tabiiy moddalar izotoplar aralashmasidir. Shunday qilib, bor ikki izotop aralashmasidan iborat: uning 20% ​​bilan izotop massa raqami 10 (5 proton, 5 neytron) va 80% - massa soni 11 (5 proton va 6 neytron).

Elementar zarralar zarrachalardir bu daqiqa ichki tuzilishi topilmadi. O'tgan asrda ham atomlar elementar zarralar hisoblangan. Ularning ichki tuzilishi - yadrolar va elektronlar 20-asr boshlarida kashf etilgan. E. Ruterfordning tajribalarida. Atomlarning o'lchamlari taxminan 10 -8 sm, yadrolari o'n minglab marta kichik, elektronlar esa juda kichik. Zamonaviy nazariyalar va tajribalardan kelib chiqqan holda, u 10 -16 sm dan kam.

Shunday qilib, endi elektron elementar zarradir. Yadrolarga kelsak, ularning ichki tuzilishi ular kashf etilgandan so'ng qisqa vaqt ichida ma'lum bo'ldi. Ular nuklonlar - proton va neytronlardan tashkil topgan. Yadrolar juda zich: nuklonlar orasidagi o'rtacha masofa ularning o'lchamidan bir necha baravar ko'p. Nuklonlarning nimadan iboratligini bilish uchun yarim asrga yaqin vaqt kerak bo'ldi, ammo ayni paytda tabiatning boshqa sirlari paydo bo'ldi va hal qilindi.

Nuklonlar uchta kvarkdan iborat bo'lib, ular elektron bilan bir xil aniqlik bilan elementar, ya'ni ularning radiusi 10 -16 sm dan kichik.Nuklonlarning radiusi - kvarklar egallagan maydonning o'lchami - taxminan 10 -13 sm. Nuklonlar. zarrachalar katta oilaga mansub uch xil (yoki bir xil) kvarklardan tashkil topgan barionlar. Kvarklar turli yo'llar bilan uchlik hosil qilishi mumkin va bu barionning xususiyatlaridagi farqlarni aniqlaydi, masalan, u boshqa spinga ega bo'lishi mumkin.

Bundan tashqari, kvarklar kvark va antikvarkdan tashkil topgan juft - mezonlarga birlashishi mumkin. Mezonlarning spini butun son qiymatlarni oladi, barionlar uchun esa yarim butun qiymatlarni oladi. Barionlar va mezonlar birgalikda adronlar deb ataladi.

Kvarklar erkin shaklda topilmadi va hozirgi vaqtda qabul qilingan tushunchalarga ko'ra, ular faqat adronlar shaklida mavjud bo'lishi mumkin. Kvarklar kashf etilishidan oldin adronlar bir muncha vaqt elementar zarralar hisoblangan (va ularning nomi adabiyotda hali ham keng tarqalgan).

Adronlarning kompozit tuzilishining birinchi eksperimental ko'rsatkichi Stenford (AQSh) chiziqli tezlatgichida elektronlarning protonlar tomonidan sochilishi bo'yicha tajribalar bo'lib, buni faqat proton ichida ba'zi nuqta jismlari mavjudligini taxmin qilish bilan izohlash mumkin edi.

Tez orada bu kvarklar ekanligi ma'lum bo'ldi, ularning mavjudligi nazariyotchilar tomonidan ilgari taxmin qilingan.

Bu erda zamonaviy elementar zarralar jadvali. Olti turdagi kvarklardan tashqari (hozirgacha faqat beshtasi tajribalarda paydo bo'lgan, ammo nazariyotchilar oltinchisi ham borligini ta'kidlamoqda), bu jadvalda leptonlar - elektron ham tegishli bo'lgan zarralar keltirilgan. Bu oilada muon va (yaqinda) t-lepton ham topilgan. Ularning har biri o'z neytrinosiga ega, shuning uchun leptonlar tabiiy ravishda uch juft e, n e ga bo'linadi; m, n m ;t, n t .

Bu juftlarning har biri mos keladigan kvark juftligi bilan birlashib, avlod deb ataladigan to'rtlik hosil qiladi. Jadvaldan ko'rinib turibdiki, zarrachalarning xossalari avloddan-avlodga takrorlanadi. Faqat massalar farq qiladi. Ikkinchi avlod birinchisidan og'irroq, uchinchi avlod ikkinchisidan og'irroq.

Tabiatda, asosan, birinchi avlod zarralari mavjud, qolganlari esa sun'iy ravishda zaryadlangan zarracha tezlatgichlarida yoki atmosferadagi kosmik nurlarning o'zaro ta'sirida yaratilgan.

Spinning 1/2 qismidagi kvarklar va leptonlardan tashqari, birgalikda materiya zarralari deb ataladi, jadvalda spin 1 bo'lgan zarralar ro'yxati keltirilgan. Bular materiya zarralari tomonidan yaratilgan maydonlarning kvantlari. Ulardan eng mashhuri foton, elektromagnit maydonning kvantidir.

Oraliq bozonlar deb ataladi V+ va V- juda katta massaga ega bo'lganlar yaqinda hisoblagichda o'tkazilgan tajribalarda topilgan R-bir necha yuz GeV energiyadagi nurlar. Bular kvarklar va leptonlar o'rtasidagi zaif o'zaro ta'sirlarning tashuvchilari. Va nihoyat, glyuonlar kvarklar orasidagi kuchli o'zaro ta'sirlarning tashuvchisi hisoblanadi. Kvarklarning o'zlari singari, glyuonlar ham erkin shaklda topilmagan, ammo adronlarning yaratilishi va yo'q qilinishi reaktsiyalarining oraliq bosqichlarida paydo bo'ladi. Yaqinda glyuonlar tomonidan hosil qilingan adron oqimlari aniqlandi. Kvarklar va glyuonlar nazariyasining barcha bashoratlari - kvant xromodinamikasi - tajribaga mos kelganligi sababli, glyuonlarning mavjudligiga deyarli hech qanday shubha yo'q.

Spin 2 bo'lgan zarracha gravitondir. Uning mavjudligi Eynshteynning tortishish nazariyasi, tamoyillaridan kelib chiqadi kvant mexanikasi va nisbiylik nazariyasi. Gravitonni eksperimental ravishda aniqlash juda qiyin bo'ladi, chunki u materiya bilan juda zaif ta'sir qiladi.

Nihoyat, savol belgisi bilan jadvalda spin 0 (H-mezonlar) va 3/2 (gravitinolar) bo'lgan zarralar ko'rsatilgan; ular eksperimental ravishda topilmadi, lekin ularning mavjudligi ko'plab zamonaviy nazariy modellarda taxmin qilinadi.

Elementar zarralar

aylanish	0?	1/2				1				3/2	2?
sarlavha		Moddaning zarralari				Maydon kvantlari
		kvarklar		leptonlar		foton	vektor bozonlari		glyuon	gravitino	graviton
ramzi	H	u	d	yo'q	e	g	Z	V	g
(og'irlik)	(?)	(?)	(0,5)	(0)	(~95 GeV)	(~80 GeV)	(?)	(?)
ramzi	Bilan	s	n m	m
(og'irlik)	(0?)	(106)
ramzi	t	b	n t	t
(og'irlik)	(0?)	(1784)
barion	0	1/3	1/3	0	0	0	0	0	0	0	0
Elektr	0,±1	2/3	1/3	0	-1	0	0	±1	0	0	0
rang	-	3	3	-	-	-	-	-	8	-	-

Adronlar - umumiy ism kuchli o'zaro ta'sirlarda ishtirok etuvchi zarralar uchun . Ism "kuchli, katta" degan ma'noni anglatuvchi yunoncha so'zdan kelib chiqqan. Barcha adronlar ikkita katta guruhga bo'linadi - mezonlar va barionlar.

barionlar(yunoncha "og'ir" degan ma'noni anglatadi) yarim butun spinli hadronlardir . Eng mashhur barionlar proton va neytrondir . Barionlar, shuningdek, bir marta chaqirilgan kvant raqamiga ega bo'lgan bir qator zarralarni ham o'z ichiga oladi g'alati. G'alatilik birligiga lambda barioni (L°) va sigma barionlari oilasi (S - , S+ va S°) ega. +, -, 0 indekslari elektr zaryadining belgisini yoki zarrachaning neytralligini bildiradi. Barionlar xy (X - va X °) ikkita g'alati birlikka ega. Baryon W - uchga teng g'alatilikka ega. Ro'yxatda keltirilgan barionlarning massalari protonning massasidan bir yarim baravar ko'p va ularning xarakterli umri taxminan 10 -10 s. Eslatib o'tamiz, proton amalda barqaror, neytron esa 15 daqiqadan ko'proq yashaydi. Ko'rinishidan, og'irroq barionlar juda qisqa umr ko'radi, ammo mikrokosmos miqyosida bu unchalik emas. Bunday zarracha nisbatan sekin harakat qilsa ham, aytaylik, yorug'lik tezligining 10% ga teng tezlikda, bir necha millimetr masofani bosib o'tishga muvaffaq bo'ladi va elementar zarrachalar detektorida o'z izini qoldiradi. Barionlarni boshqa turdagi zarrachalardan ajratib turadigan xossalaridan biri saqlangan barion zaryadining mavjudligi deb hisoblanishi mumkin. Bu qiymat barionlar va antibarionlar soni o'rtasidagi farqning barcha ma'lum jarayonlarida doimiylikning eksperimental faktini tavsiflash uchun kiritilgan.

Proton- adronlar sinfidan barqaror zarracha, vodorod atomining yadrosi. Protonning kashfiyoti qanday hodisa deb hisoblanishi kerakligini aytish qiyin: vodorod ioni sifatida u uzoq vaqtdan beri ma'lum. E. Rezerford tomonidan atomning sayyoraviy modeli yaratilishi (1911) va izotoplarning ochilishi (F. Soddi, J. Tomson, F. Aston, 1906-1919), alfa bilan urilgan vodorod yadrolarining kuzatilishi. azot yadrolaridagi zarralar protonning ochilishida rol o'ynagan (E. Rezerford, 1919). 1925-yilda P.Blekett bulutli kameradagi proton izlarining birinchi fotosuratlarini oldi (qarang Yadroviy nurlanish detektorlari), elementlarning sunʼiy oʻzgarishi kashf etilganligini tasdiqlaydi. Bu tajribalarda a-zarrachani azot yadrosi ushladi, u proton chiqaradi va kislorod izotopiga aylandi.

Neytronlar bilan birgalikda protonlar barcha kimyoviy elementlarning atom yadrolarini tashkil qiladi va yadrodagi protonlar soni berilgan elementning atom raqamini aniqlaydi. Proton elementar zaryadga, ya'ni elektron zaryadining mutlaq qiymatiga teng musbat elektr zaryadiga ega. Bu 10-21 aniqlik bilan eksperimental tarzda tasdiqlangan. proton massasi m p \u003d (938,2796 ± 0,0027) MeV yoki ~ 1,6-10 -24 g, ya'ni proton elektrondan 1836 marta og'irroq! Zamonaviy nuqtai nazardan, proton haqiqat emas elementar zarracha: ikkitadan iborat u-elektr zaryadli kvarklar +2/3 (birliklarda elementar zaryad) va bitta d-elektr zaryadli kvark -1/3. Kvarklar boshqa faraziy zarralar - glyuonlar, kuchli o'zaro ta'sirlarni olib boruvchi maydon kvantlari almashinuvi orqali o'zaro bog'langan. Elektronlarning protonlar tomonidan sochilishi jarayonlari ko'rib chiqilgan eksperimental ma'lumotlar haqiqatan ham protonlar ichida nuqta tarqalish markazlari mavjudligidan dalolat beradi. Bu tajribalar ma'lum ma'noda atom yadrosining ochilishiga olib kelgan Rezerfordnikiga juda o'xshaydi. Kompozit zarracha sifatida proton ~ 10 -13 sm cheklangan o'lchamga ega, ammo, albatta, uni qattiq to'p sifatida tasvirlab bo'lmaydi. Aksincha, proton noaniq chegaraga ega bulutga o'xshaydi, u paydo bo'ladigan va yo'q qilinadigan virtual zarralardan iborat.

Proton, barcha adronlar singari, har bir asosiy o'zaro ta'sirda ishtirok etadi. Shunday qilib. kuchli o'zaro ta'sirlar yadrolardagi proton va neytronlarni, elektromagnit o'zaro ta'sirlar - atomlardagi proton va elektronlarni bog'laydi. Kuchsiz o'zaro ta'sirlarga misol sifatida neytronning beta-parchalanishi yoki protonning pozitron va neytrinoning emissiyasi bilan neytronga yadro ichidagi transformatsiyasini keltirish mumkin (erkin proton uchun bunday jarayonning saqlanish va konvertatsiya qilish qonuni tufayli mumkin emas). energiya, chunki neytron biroz kattaroq massaga ega). Proton spini 1/2 ga teng. Yarim butun spinli adronlarga barionlar deyiladi (yunoncha “ogʻir” soʻzidan). Barionlarga proton, neytron, turli giperonlar (L, S, X, Vt) va bir qator yangi zarrachalar kiradi. kvant raqamlari, ularning aksariyati hali kashf etilmagan. Barionlarni xarakterlash uchun maxsus raqam kiritildi - barion zaryadi, barionlar uchun 1 ga, antibarionlar uchun - 1 ga, boshqa barcha zarralar uchun O ga teng. Barion zaryadi barion maydonining manbai emas, u faqat zarrachalar bilan reaksiyalarda kuzatiladigan qonuniyatlarni tasvirlash uchun kiritilgan. Bu qonuniyatlar barion zaryadining saqlanish qonuni shaklida ifodalanadi: sistemadagi barionlar va antibarionlar sonining farqi har qanday reaksiyalarda saqlanib qoladi. Barion zaryadining saqlanishi protonning parchalanishini imkonsiz qiladi, chunki u barionlarning eng yengili hisoblanadi. Bu qonun empirik xususiyatga ega va, albatta, eksperimental tarzda tekshirilishi kerak. Barion zaryadining saqlanish qonunining to'g'riligi protonning barqarorligi bilan tavsiflanadi, uning eksperimental bahosi umrining kamida 1032 yil qiymatini beradi.

Shu bilan birga, barcha turdagi fundamental o'zaro ta'sirlarni birlashtirgan nazariyalarda barion zaryadining buzilishiga va protonning parchalanishiga olib keladigan jarayonlar bashorat qilinadi. Bunday nazariyalarda protonning ishlash muddati unchalik aniq ko'rsatilmagan: taxminan 1032 ± 2 yil. Bu vaqt juda katta, u koinot mavjud bo'lgan vaqtdan (~ 2 10 10 yil) bir necha baravar ko'p. Shuning uchun proton amalda barqaror bo'lib, bu kimyoviy elementlarning shakllanishiga va oxir-oqibat, aqlli hayotning paydo bo'lishiga imkon berdi. Biroq, proton parchalanishini izlash hozirda eksperimental fizikaning eng muhim muammolaridan biri hisoblanadi. 100 m3 suv hajmida (1 m3 tarkibida ~ 1030 proton mavjud) protonning ishlash muddati ~ 1032 yil bo'lsa, yiliga bitta protonning parchalanishi kutilishi kerak. Faqatgina bu parchalanishni ro'yxatdan o'tkazish qoladi. Protonning parchalanishining kashf etilishi tabiat kuchlarining birligini to'g'ri tushunish yo'lidagi muhim qadam bo'ladi.

Neytron-adronlar sinfiga mansub neytral zarracha. 1932 yilda ingliz fizigi J.Chedvik tomonidan ochilgan. Protonlar bilan bir qatorda neytronlar ham bir qismidir atom yadrolari. Elektr zaryadi neytron q n nolga teng. Bu to'g'ridan-to'g'ri o'lchovlar bilan tasdiqlanadi zaryadning neytron nurining kuchli egilishidan elektr maydonlari, |q n | ekanligini ko'rsatadi<10 -20 e(Bu yerga e- elementar elektr zaryadi, ya'ni elektron zaryadining mutlaq qiymati). Bilvosita ma'lumotlarning bahosi |q n |< 2*10 -22 е. Спин нейтрона равен 1/2. Как адрон с полуцелым спином, он относит­ся к группе барионов. У каждого бариона есть античастица; анти­нейтрон был открыт в 1956 г. в опытах по рассеянию антипротонов на ядрах. Антинейт­рон отличается от нейтрона знаком барионного заряда; у нейтрона, как и у протона, барионный заряд равен +1.

Proton va boshqa adronlar singari, neytron ham haqiqiy elementar zarracha emas: u bittadan iborat. u-elektr zaryadli kvark +2/3 va ikkita d-zaryati - 1/3 bo'lgan kvarklar, o'zaro glyuon maydoni bilan bog'langan.

Neytronlar faqat barqaror atom yadrolarida barqarordir. Erkin neytron proton (p), elektron (e -) va elektron antineytrinoga parchalanadigan beqaror zarrachadir. Neytronning ishlash muddati (917 ± 14) s, ya'ni taxminan 15 minut. Neytronlar yadrolari tomonidan kuchli so'rilishi tufayli moddada erkin shaklda bo'ladi. Shuning uchun ular tabiatda paydo bo'ladi yoki laboratoriyada faqat yadro reaktsiyalari natijasida olinadi.

Har xil yadroviy reaktsiyalarning energiya balansiga ko'ra, neytron va proton o'rtasidagi massa farqining qiymati aniqlanadi: m n- m p (1,29344 ±0,00007) MeV. Uni protonning massasi bilan taqqoslab, biz neytronning massasini olamiz: m n = 939,5731 ± 0,0027 MeV; mos keladi m n ~ 1,6-10 -24.

Neytron barcha turdagi fundamental o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadi. Kuchli o'zaro ta'sirlar atom yadrolaridagi neytron va protonlarni bog'laydi. Zaif o'zaro ta'sirga neytronning beta-parchalanishi misol bo'la oladi.

Ushbu neytral zarracha elektromagnit o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadimi? Neytron ichki tuzilishga ega va umumiy neytrallik holatida uning ichida elektr toklari mavjud bo'lib, bu, xususan, neytronda magnit momentning paydo bo'lishiga olib keladi. Boshqacha qilib aytganda, magnit maydonda neytron o'zini kompas ignasi kabi tutadi. Bu uning elektromagnit o'zaro ta'sirining bir misolidir. Neytronning yuqori chegarasi olingan elektr dipol momentini izlash katta qiziqish uyg'otdi. Bu yerda SSSR Fanlar akademiyasining Leningrad yadro fizikasi instituti olimlari eng samarali tajribalarni o‘tkazishga muvaffaq bo‘ldilar; Neytronlarning dipol momentini izlash mikroprotsesslarda vaqt o'zgarishiga nisbatan o'zgarmaslikning buzilishi mexanizmlarini tushunish uchun muhimdir.

Neytronlarning gravitatsion o'zaro ta'siri bevosita ularning Yerning tortishish maydoniga tushishidan kuzatilgan.

Hozirgi vaqtda neytronlarning kinetik energiyasiga ko'ra shartli tasnifi qabul qilingan:

sekin neytronlar (<10 5 эВ, есть много их разновидностей), быстрые нейтроны (10 5 ¸10 8 эВ), высокоэнергичные (>10 8 eV). Juda sekin neytronlar juda qiziqarli xususiyatlarga ega.

(10 -7 eV), ular ultrasovuq deb ataladi. Ma'lum bo'lishicha, ultrasovuq neytronlar "magnit tuzoq"larda to'planishi va hatto ularning spinlari ham ma'lum bir yo'nalishda yo'naltirilishi mumkin. Maxsus konfiguratsiyaning magnit maydonlari yordamida ultrasovuq neytronlar yutuvchi devorlardan ajratiladi va ular parchalanmaguncha tuzoqda "yashashi" mumkin. Bu ko'plab nozik tajribalarni neytronlarning xususiyatlarini o'rganish imkonini beradi. Ultrasovuq neytronlarni saqlashning yana bir usuli ularning to'lqin xususiyatlariga asoslangan. Bunday neytronlarni oddiygina yopiq "bank"da saqlash mumkin. Bu gʻoya 1950-yillarning oxirida sovet fizigi Ya.B.Zeldovich tomonidan ilgari surilgan boʻlib, birinchi natijalar deyarli oʻn yildan soʻng Dubna shahridagi Yadro tadqiqotlari institutida olingan.

Yaqinda olimlar o'ta sovuq neytronlar tabiiy parchalanishgacha yashaydigan idishni qurishga muvaffaq bo'lishdi.

Erkin neytronlar atom yadrolari bilan faol ta'sir o'tkazishga qodir, bu yadro reaktsiyalarini keltirib chiqaradi. Sekin neytronlarning moddalar bilan oʻzaro taʼsiri natijasida rezonans effektlari, kristallarda difraksion sochilish va boshqalarni kuzatish mumkin.Bu xususiyatlari tufayli neytronlar yadro fizikasi va qattiq jismlar fizikasida keng qoʻllaniladi. Ular atom energetikasida, transuran elementlari va radioaktiv izotoplarni olishda muhim rol o'ynaydi va kimyoviy tahlil va geologik qidiruv ishlarida amaliy qo'llanmalarni topadi.

Mezonlar- butun spinli hadronlar Bu nom yunoncha "o'rta, oraliq" so'zidan kelib chiqqan, chunki birinchi kashf etilgan mezonlarning massalari proton va elektron massalari o'rtasida oraliq qiymatlarga ega edi. Mezonlarning barion zaryadi nolga teng. Mezonlarning eng yengili pionlar yoki pi-mezonlar p - , p + va p °. Ularning massalari proton massasidan taxminan 6-7 marta kichikdir.G'aroyib mezonlar - kaonlar K + , K - va K ° ko'proq massivdir. Ularning massalari proton massasidan deyarli ikki baravar kam. Bu mezonlarning xarakterli yashash muddati 10 -8 s.

Deyarli barcha adronlarda antizarralar mavjud. Shunday qilib, barion sigma-minus S - anti-sigma-plus antizarracha S` + ga ega bo'lib, S + dan farq qiladi. Xuddi shu narsani boshqa barionlar haqida ham aytish mumkin. Mezonlarda vaziyat biroz boshqacha: manfiy pion musbat pionning antizarrasi, neytral pionda esa umuman antipartikul yo'q, chunki u o'ziga antizarradir. Shu bilan birga neytral kaon K° antizarracha K'°ga ega. Bu faktlar adronlarning kvark modelida tushuntirilgan.

Adronlar dunyosi juda katta - u 350 dan ortiq zarralarni o'z ichiga oladi. Ularning ko'pchiligi juda beqaror: ular 10-23 soniyada engilroq adronlarga parchalanadi. Bu kuchli shovqinlarning xarakterli vaqti; shunday qisqa oraliqda, hatto yorug'lik faqat proton radiusiga (10 - 13 sm) teng masofani bosib o'tishga vaqt topadi. Bunday qisqa muddatli zarralar detektorlarda iz qoldira olmasligi aniq. Odatda ularning tug'ilishi bilvosita belgilar bilan aniqlanadi. Masalan, ular elektronlar va pozitronlarning keyinchalik adronlarning paydo bo'lishi bilan annigilyatsiya reaktsiyasini o'rganadilar. Elektronlar va pozitronlarning to'qnashuv energiyasini o'zgartirib, energiyaning ma'lum bir qiymatida adronlarning unumi birdaniga keskin oshib borishi aniqlanadi. Bu haqiqatni zarrachaning oraliq holatda tug'ilishi bilan izohlash mumkin, uning massasi tegishli energiyaga teng (c 2 koeffitsientigacha). Bu zarracha bir zumda boshqa adronlarga parchalanadi va uning paydo bo'lishining yagona izi adron hosil bo'lish ehtimolining to'qnashuv energiyasiga nisbatan grafigidagi eng yuqori nuqtasidir.

Bunday qisqa muddatli zarralar rezonans deb ataladi. Aksariyat barionlar va mezonlar rezonansdir. Ular kameralar va fotosuratlarda "avtograflar" qoldirmaydilar, ammo fiziklar ularning xususiyatlarini o'rganishga muvaffaq bo'lishadi: massa, umr, spin, paritet, parchalanish usullari va boshqalarni aniqlang.

Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, adronlar haqiqatan ham elementar zarralar emas. Ular cheklangan o'lchamlarga va murakkab tuzilishga ega. Barionlar uchta kvarkdan iborat. Shunga ko'ra, antibarion uchta antikvarkdan iborat va har doim bariondan farq qiladi. Mezonlar kvark va antikvarkdan qurilgan. Bir xil turdagi kvarklar va antikvarklar juftlarini o'z ichiga olgan mezonlarda antizarralar bo'lmasligi aniq. Kvarklar adronlar ichida glyuon maydoni tomonidan saqlanadi. Asosan, nazariya ko'proq kvarklardan yoki aksincha, bitta glyuon maydonidan qurilgan boshqa adronlarning mavjudligini tan oladi. Yaqinda bunday gipotetik zarrachalarning mavjudligi haqida ba'zi eksperimental ma'lumotlar paydo bo'ldi. Kvarklarning o'zaro ta'sirini tavsiflovchi dinamik nazariyasi nisbatan yaqinda rivojlana boshladi. Dastlab, kvark modeli hadronlarning haddan tashqari ko'p oilasida "narsalarni tartibga solish" uchun taklif qilingan. Ushbu model uchta turdagi kvarklarni yoki ular aytganidek, lazzatlarni o'z ichiga olgan. Kvarklar yordamida hadronlarning ko'p sonli oilasini tartibga solish, ularni multipletlar deb ataladigan zarrachalar guruhlariga taqsimlash mumkin edi. Bir xil multipletning zarralari yaqin massaga ega, ammo bu nafaqat ularning tasnifi uchun asos bo'lib xizmat qildi; eksperimental ma'lumotlarga qo'shimcha ravishda, bu holda, guruh nazariyasining maxsus matematik apparati ishlatilgan.

Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, uchta kvark ta'mi barcha adronlarni tasvirlash uchun etarli emas. 1974 yilda kvark va antikvarkning yangi turidan (cc¢) tashkil topgan psi-mezonlar topildi. Bu xushbo'y hid joziba deb nomlangan. Yangi maftunkor kvark c o'zining "akalaridan" ancha og'irroq bo'lib chiqdi: psi-zarralarning eng yengili J/y mezonning massasi 3097 MeV, ya'ni protondan 3 barobar og'irroq. Uning ishlash muddati taxminan 10-20 s. Psi-mezonlarning butun oilasi bir xil kvark tarkibi cc¢ bilan, lekin hayajonlangan holatda va natijada katta massaga ega bo'lgan holda topildi.

Leptonlar- 1 ta kuchli o'zaro ta'sirda ishtirok etmaydigan zarralar guruhi (nomi yunoncha "leptos" - "nur" so'zidan olingan).

Barcha leptonlar 1/2 spinga ega. Zaryadlangan leptonlar - elektron e -, muon m - , og'ir lepton t - va tegishli antizarralar e + , m + va t + va neytral - har xil turdagi neytrinolarni ajrating.

Birinchi zaryadlangan lepton elektron tomonidan kashf etilgan - 1897 yilda ingliz olimi J. J. Tomson tomonidan. Uning antizarrasi - pozitron 1932 yilda amerikalik fizik K. Anderson tomonidan kosmik nurlarda topilgan. 1936-yilda koinot nurlarini chiqarishda ham myyuonlar topilgan (K. Anderson va S. Neddermeyer). Avvaliga biroz chalkashlik bor edi: ular yapon fizigi X. Yukavaning nazariyasiga ko'ra, kuchli o'zaro ta'sirlarni olib boradigan zarracha bilan muonlarni aniqlashga harakat qilishdi. Biroq, tez orada ma'lum bo'ldiki, muonning kuchli o'zaro ta'sirga hech qanday aloqasi yo'q (Yukava bashorat qilgan zarralar 1947 yilda kashf etilgan n-mezonlar bo'lib chiqdi) Va keyin muonning siri paydo bo'ldi. Gap shundaki, muon hayratlanarli darajada elektronga o'xshaydi: ularning elektr zaryadi, spini, ikkalasi ham bir xil.

ular faqat zaif va elektromagnit o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadilar va shunga o'xshash tarzda. Ularning yagona ko'rinadigan farqi ularning massasida yotadi: muon elektrondan 206,8 marta og'irroq (uning massasining joriy qiymati m = 105,65943 MeV / c 2 @ 1,88-10 -25 g).

Kattaroq massa tufayli muon barqarorlikni yo'qotdi, uning umri @2,2 10 -6 s.

Elektron barqaror, chunki u shunchaki parchalanadigan hech narsaga ega emas. Darhaqiqat, elektr zaryadining saqlanishi tufayli elektronning emirilishi engilroq zaryadlangan zarrachalarning chiqishi bilan mumkin edi, ammo bunday zarrachalarning mavjudligi hali ham noma'lum. Agar zaryadning saqlanish qonuni tabiatning to'liq aniq qonuni bo'lmasa, elektron, masalan, neytrino va fotonga parchalanishi mumkin edi. Biroq, bunday parchalanishlarni qidirish muvaffaqiyatli bo'lmadi va elektronning umri kamida 1022 yildan ortiq ekanligini ko'rsatdi (taqqoslash uchun: bizning koinotimiz "faqat" 2 10 -10 yil mavjud). Shuning uchun zamonaviy nazariyalarda elektron barqaror zarracha hisoblanadi. E'tibor bering, protonning umr bo'yi eksperimental chegaralari yanada ta'sirli ko'rinadi (kamida 1032 yil), ammo uning parchalanishi mumkin bo'lgan nazariyalar yaqinda juda mashhur bo'ldi.

Myuonning parchalanishi bilan vaziyat oddiyroq, u parchalanishi mumkin va aslida elektron va turli xil turdagi neytrinolar juftligiga parchalanadi: m - ® e - + n e`+ n m . Zaif o'zaro ta'sirlar bu parchalanish uchun javobgardir. Myuon umrining eksperimental qiymati nazariy hisob-kitoblarga juda mos keladi. Albatta, musbat zaryadlangan muonning parchalanishi shunga o'xshash tarzda sodir bo'ladi:

m + ®e + + n e +n m `.

Myuonning jumbog'ini aniqlashga ulgurmasdan, fiziklar uchinchi zaryadlangan lepton t (tau - lepton) ni topdilar. U 1975-yilda Stenfordda (AQSh) elektron-pozitron nurlarining toʻqnashuvi boʻyicha oʻtkazilgan tajribalarda M.Perl boshchiligidagi bir guruh fiziklar tomonidan elektron va juda yuqori energiyali pozitronni yoʻq qilish jarayonida kashf etilgan. Og'ir tau leptonning massasi elektronnikidan 3500 marta katta ( m e ~1784 MeV/s 2). U hatto protondan deyarli 2 baravar og'irroq. T-leptonning ishlash muddati faqat 1981 yilda etarli aniqlik bilan o'lchandi - 3,4 10 - 13 s. Bunday hayot davomiyligi shuni ko'rsatadiki, t-leptonlarning zaif o'zaro ta'siri elektronlar va muonlarning zaif o'zaro ta'siriga juda o'xshaydi (shuni yodda tutish kerakki, zarracha qanchalik og'ir bo'lsa, tezroq, aks holda bir xil sharoitlarda u engilroqlarga parchalanadi. Mavjud ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, t-lepton elektron va muonga o'xshaydi.

Zaryadlangan leptonlar yana bir xususiyat bilan birlashtirilgan: zamonaviy nazariyalarda ularning barchasi nuqtali ob'ektlar sifatida ifodalanadi, ular adronlardan farqli o'laroq, ichki tuzilishga ega emas. Hozirda erishilishi mumkin bo'lgan maksimal energiyadagi eng kuchli tezlatgichlarda o'tkazilgan tajribalar shuni ko'rsatadiki, bu hech bo'lmaganda @ 10 - 16 sm masofalargacha.

Olimlar leptonlar ishtirokidagi reaksiyalarni kuzatish orqali leptonlar va antileptonlar soni o‘rtasidagi farq doimo doimiy bo‘lib qolishini aniqladilar. Bu xususiyatni tavsiflash uchun maxsus kvant soni - lepton zaryadi kiritildi L, shartli ravishda qiymatni belgilash L= 1 manfiy zaryadlangan leptonlar va ular bilan birga kelgan neytrinolar va qiymati L.= -1 - ularning antizarralariga. Keyin bu hodisa lepton zaryadining saqlanish qonuniga keltiriladi. Keyinchalik elektron va muon neytrinolari bir-biriga o'xshash emasligi aniqlandi va har xil, mustaqil saqlanuvchi lepton zaryadlarini kiritish zarurati tug'ildi. Ko'rinishidan, og'ir lepton va uning neytrinosi bilan bog'liq bo'lgan uchinchi turdagi lepton zaryadi mavjud.

Hozirgacha lepton zaryadining saqlanish qonunini buzish holatlari kuzatilmagan. Aytaylik, bu qonun neytrinosiz muon parchalanishini taqiqlaydi. Taqiqlangan va oddiy muon parchalanish ehtimolining nisbati tajribalarda baholandi va 10 -9 -10 -10 dan kam bo'lib chiqdi. Taqiqlangan parchalanishlarni izlash katta qiziqish uyg'otadi, chunki lepton zaryadining saqlanmaganligini aniqlash imkoniyati inkor etilmaydi. Shuni ta'kidlash kerakki, lepton zaryadi qandaydir "lepton" maydonining manbai emas, balki faqat leptonlar ishtirokidagi reaktsiyalarning eksperimental ravishda kuzatilgan qonunlarini tushuntirish uchun kiritilgan.

So'nggi paytlarda paydo bo'lgan nazariyalar tabiat kuchlarining birligi kontseptsiyasiga asoslanib, protonning beqarorligini va shu bilan birga lepton zaryadining saqlanishining buzilishini bashorat qiladi. Xususiyatlari o'xshash va massalari juda xilma-xil bo'lgan har xil turdagi leptonlarning mavjudligining sababi nima? Lepton zaryadlarining tabiati qanday? Va bizga hali noma'lum bo'lgan boshqa leptonlar bormi? Bu savollar hozircha javobsiz. Ularning yechimi nafaqat leptonlar, balki kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi zarralar dunyosining asosiy strukturaviy elementlari bo'lgan boshqa haqiqiy elementar zarralar-kvarklar bilan ham bog'liq. Kvarklar massasi jihatidan juda farq qiladi va o'ziga xos "zaryadlari" mavjud. Kvark juftlari juft leptonlar (zaryadlangan lepton va mos keladigan neytrino) bilan birga elementar zarrachalarning avlodlariga birlashadi. Zarrachalarning ko'pgina xossalari avloddan-avlodga takrorlanib turadi va avlodlar massalari bir-biridan keskin farq qiladi: ikkinchi avlod (bu muonlarni o'z ichiga oladi) birinchi avloddan og'irroq (elektron bilan), uchinchi avlod (shu jumladan t-leptonlar) dan og'irroqdir. ikkinchisi. Bu avlodlarning ko‘plab sirlarini o‘rganish endigina boshlanmoqda.

Elektron manfiy zaryadlangan elementar zarracha, tabiatdagi eng kichik ma'lum massa va eng kichik elektr zaryadining tashuvchisi. 1897 yilda ingliz olimi J. J. Tomson.

Elektron atomning tarkibiy qismidir, neytral atomdagi elektronlar soni atom raqamiga teng, ya'ni. yadrodagi protonlar soni.

Elektron zaryadining birinchi aniq o'lchovlari 1909-1913 yillarda amalga oshirildi. Amerikalik fizik R. Milliken. Elementar zaryadning mutlaq qiymatining zamonaviy qiymati

e =(4,803242±0,000014)*10 -10 yoki taxminan 1,6*10 -19 S. bu zaryad haqiqatan ham "elementar", ya'ni uni qismlarga bo'linib bo'lmaydi, va har qanday ob'ektlarning zaryadlari uning butun sonli ko'paytmalari deb hisoblanadi. Plank doimiysi H va yorug'lik tezligi c bilan birga elementar zaryad o'lchamsiz konstantani hosil qiladi a = e 2 / hc ~ 1/ 137. Nozik struktura konstantasi a kvant elektrodinamikasining eng muhim parametrlaridan biri bo'lib, u aniqlaydi. elektromagnit o'zaro ta'sirlarning intensivligi. Elektronning massasi m e \u003d (9.109534 ± 0.000047) * 10 -28 g (energetika birliklarida ~ 0,5 MeV / s 2). Agar energiya va elektr zaryadining saqlanish qonunlari amal qilsa, elektronning har qanday parchalanishi taqiqlanadi. Shuning uchun elektron barqarordir; eksperimental ravishda uning umri 1022 yildan kam emasligi aniqlandi.

1925-yilda amerikalik fiziklar S.Gudsmit va J.Ulenbek atom spektrlarining xususiyatlarini tushuntirish uchun elektronning ichki burchak impulsini - spin(lar)ni kiritdilar. Elektronning spini Plank doimiysining yarmi (H - 1,055*10 -34 J/s), lekin fiziklar odatda oddiygina elektronning spini 1/2:5 = 1/2 ekanligini aytadilar. Elektronning spini o'zining magnit momenti bilan bog'liq. Elektronning magnit momenti aynan bitta Bor magnetoniga teng bo'lishi kerak edi.

Biroq, 1947 yilda tajribalarda magnit moment Bor magnitonidan taxminan 0,1% katta ekanligi aniqlandi. Bu faktning izohi kvant elektrodinamikasida vakuum polarizatsiyasini hisobga olgan holda berilgan. Juda mashaqqatli hisob-kitoblar g e = 2*(1.001159652460 ± 0.000000000148) nazariy qiymatini berdi: elektron uchun g e = 2-(1.001159652200 ± 0.000012 (1.001159652200 ± 0.000012) 0.000000000050). Qiymatlar o'n ikki kasrgacha bo'lgan aniqlik bilan hisoblab chiqiladi va o'lchanadi va eksperimental ishlarning aniqligi yuqoriroqdir

"nazariy hisob-kitoblarning aniqligi. Bu zarrachalar fizikasidagi eng aniq o'lchovlardir.

Kvant mexanikasi tenglamalariga bo'ysunuvchi atomlardagi elektronlar harakatining xususiyatlari moddalarning optik, elektr, magnit, kimyoviy va mexanik xususiyatlarini aniqlaydi.

Elektronlar elektromagnit, kuchsiz va gravitatsion o'zaro ta'sirlarda ishtirok etadi.

Elektronlarning zaif o'zaro ta'siri, masalan, atom spektrlarida saqlanmagan jarayonlarda yoki elektronlar va neytrinolar o'rtasidagi reaktsiyalarda namoyon bo'ladi.

Elektronning ichki tuzilishi haqida ma'lumot yo'q. Zamonaviy nazariyalar nuqta zarralari sifatida leptonlar tushunchasidan kelib chiqadi. Hozirgi vaqtda bu 10 -16 sm masofaga qadar eksperimental tarzda tasdiqlangan.Yangi ma'lumotlar faqat kelajakdagi tezlatgichlarda zarrachalar to'qnashuvi energiyasining ortishi bilan paydo bo'lishi mumkin.

erkin zarracha- tashqi maydonlar bo'lmaganda harakatlanuvchi zarracha. Erkin zarracha (u o'q bo'ylab harakatlansin X) kuchlar harakat qilmaydi, keyin zarrachaning potentsial energiyasi U(x) = const va uni nolga teng olish mumkin. Keyin zarrachaning umumiy energiyasi uning kinetik energiyasiga to'g'ri keladi. Bu holda statsionar holatlar uchun Shredinger tenglamasi shaklni oladi To'g'ridan-to'g'ri almashtirish orqali, tenglamaning ma'lum bir yechimi funktsiya ekanligini tekshirish mumkin  (X) = Ae ikx, qayerda LEKIN= const va k = const, energiyaning xos qiymati bilan Funktsiya to'lqin funksiyasining faqat koordinata qismidir ( x, t). energiyaning impulsga bog'liqligi relativistik bo'lmagan zarralar uchun odatiy hol bo'lib chiqadi. Shunday qilib, erkin zarrachaning energiyasi har qanday qiymatlarni olishi mumkin (chunki to'lqin raqami k har qanday ijobiy qiymatlarni qabul qilishi mumkin), ya'ni uning energiya spektri uzluksizdir. Shunday qilib, erkin kvant zarrasi tekis monoxromatik de Broyl to'lqini bilan tasvirlangan. Bu fazoning ma'lum bir nuqtasida zarrachani aniqlashning vaqtga bog'liq bo'lmagan ehtimollik zichligiga mos keladi. ya'ni bo'sh zarrachaning kosmosdagi barcha pozitsiyalari bir xil ehtimolga ega. Potensial qutidagi elektron Elektronning potentsial "quti"dagi harakatiga misol qilib, metall ichidagi kollektivlashtirilgan elektronlarning harakatini keltirish mumkin. Potensial maydonda harakatlanuvchi elektronga tenglamani qo'llaymiz Shredinger shaklida va hisobga olish, : chiqadi Boshqacha qilib aytganda, "quti" dan tashqarida elektronni topish ehtimoli nolga teng. Cheksiz baland devorlarga ega bo'lgan to'rtburchaklar potentsial "qutida" elektron harakati muammosi tenglamani echish uchun qisqartiriladi. Boshqa ma'nolar V elektron energiyalari mumkin emas: "quti" ichidan energiyadan farq qiladigan elektronni topish ehtimoli. W n, nolga teng. Faqat ma'lum diskret qiymatlarni qabul qiladigan fizik miqdorlar deyiladi kvantlangan. Kvantlangan qiymatlar W n chaqirdi energiya darajalari, va raqamlar n elektronning energiya darajasini aniqlaydigan , - kvant raqamlari. Shunday qilib, potentsial "quti" dagi elektron ma'lum energiya darajasida bo'lishi mumkin W n. Bunday holda, u ma'lum bir kvant holatida bo'ladi n. Bu holatda energiya darajalari juda yaqin joylashganki, ularni hisobga olish mumkin yarim uzluksiz. Bunday potentsial "quti" uchun energiya kvantizatsiyasi atom o'lchamidagi "quti" kabi klassik fizika natijalaridan unchalik farq qilmaydigan natijalarni beradi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, kvant sonining ortishi bilan n bilan solishtirganda qiymati kichik bo'ladi W n, ya'ni. energiya darajalarining nisbiy yaqinlashuvi mavjud. Katta kvant raqamlari uchun n energiya kvantlash klassik davolash natijalariga yaqin natijalar beradi. Bu muhim narsani ifodalaydi muvofiqlik printsipi, eng to'liq shakllantirilgan Borom 1923 yilda: katta kvant sonlari uchun kvant mexanikasining xulosalari va natijalari klassik natijalarga mos kelishi kerak. 82) Rezerfordning yadro modeli. Bor postulatlari Qo'rg'oshin idishiga o'ralgan radioaktiv manbadan a-zarrachalar yupqa metall plyonkaga yo'naltirilgan. Tarqalgan zarralar tez zaryadlangan zarrachalar ta'sirida porlashi mumkin bo'lgan sink sulfid kristallari qatlami bilan qoplangan ekranga urildi. Mikroskop yordamida ko'z bilan ekrandagi sintilatsiyalar (miltillashlar) kuzatildi. Rezerford tajribasidagi tarqoq a-zarralarni kuzatish nurning boshlangʻich yoʻnalishiga ph turli burchaklarida olib borilishi mumkin edi. Aksariyat alfa zarralari metallning yupqa qatlamidan kam yoki hech qanday burilishsiz o'tishi aniqlandi. Shu bilan birga, zarrachalarning kichik bir qismi 30 ° dan oshadigan muhim burchaklarda buriladi. Juda kam uchraydigan alfa zarralari (taxminan o'n mingdan biri) 180 ° ga yaqin burchaklar orqali burilib ketgan. Shunday qilib, Rezerford va uning hamkasblarining tajribalari atom markazida zich musbat zaryadlangan yadro bor, uning diametri 10–14–10–15 m dan oshmaydi, degan xulosaga keldi.Ushbu yadro bor-yoʻgʻi 10– ni egallaydi. Atomning umumiy hajmining 12 ga teng, lekin butun musbat zaryadni va uning massasining kamida 99,95% ni o'z ichiga oladi. Atom yadrosini tashkil etuvchi moddaga c ≈ 10 15 g/sm 3 tartibli ulkan zichlik berilishi kerak edi. Yadroning zaryadi atomni tashkil etuvchi barcha elektronlarning umumiy zaryadiga teng bo'lishi kerak. Keyinchalik, agar elektronning zaryadi birlik sifatida qabul qilinsa, yadro zaryadi davriy jadvaldagi ushbu elementning soniga to'liq teng ekanligi aniqlandi. Ruterford taklif qildi atomning sayyoraviy modeli. Ushbu modelga ko'ra, musbat zaryadlangan yadro atomning markazida joylashgan bo'lib, unda atomning deyarli butun massasi to'plangan. Atom umuman neytraldir. Elektronlar yadro atrofida, xuddi sayyoralar kabi, yadrodan kelgan Kulon kuchlari ta'sirida aylanadi (6.1.4-rasm). Elektronlar tinch holatda bo'lolmaydi, chunki ular yadroga tushadi. Bor postulatlari Bor postulatlari vodorod atomi va vodorodga oʻxshash ionlarning chiziqli spektrining qonuniyatlarini (Balmer-Rydberg formulasi) hamda yorugʻlik chiqishi va yutilishining kvant tabiatini tushuntirish uchun Nils Bor tomonidan 1913-yilda tuzilgan asosiy taxminlardir. Bor Rezerfordning atomning sayyoraviy modelidan kelib chiqdi. Postulatlar: 10 Atom faqat maxsus statsionar yoki kvant holatda bo'lishi mumkin, ularning har biri ma'lum bir energiyaga mos keladi. Statsionar holatda atom elektromagnit to'lqinlarni chiqarmaydi. 2) Atomdagi elektron energiyani yo'qotmasdan ma'lum diskret aylana orbitalari bo'ylab harakatlanadi, buning uchun burchak impulsi kvantlanadi: , bu erda natural sonlar va Plank doimiysi. Elektronning orbitada qolishi bu statsionar holatlarning energiyasini aniqlaydi. 3) Elektron orbitadan (energiya darajasidan) orbitaga o'tganda energiya kvanti chiqariladi yoki yutiladi, bu erda o'tish sodir bo'lgan energiya darajalari. Yuqori darajadan pastga o'tganda energiya chiqariladi va pastdan yuqoriga o'tganda u so'riladi. Bu postulatlar va klassik mexanika qonunlaridan foydalanib, Bor atom modelini taklif qildi, hozir atomning Bor modeli deb ataladi. Keyinchalik Zommerfeld Bor nazariyasini elliptik orbitalar misolida kengaytirdi. U Bor-Sommerfeld modeli deb ataladi. 83) Kvant sonlari. Pauli printsipi. Elektronlarning maksimal soni kvant raqamlari - elektronning holatini va u joylashgan atom orbitalining turini aniqlaydigan energiya parametrlari. Pauli printsipi (istisno printsipi) - kvant mexanikasining asosiy tamoyillaridan biri bo'lib, unga ko'ra ikki yoki undan ortiq bir xil fermionlar (yarim butun spinli zarralar) bir vaqtning o'zida bir xil kvant holatida bo'lolmaydi. Pauli printsipi turli xil jismoniy hodisalarni tushuntirishga yordam beradi. Printsipning natijasi atom tuzilishida elektron qobiqlarning mavjudligi bo'lib, bu o'z navbatida turli xil kimyoviy elementlar va ularning birikmalarini nazarda tutadi. Bitta atomdagi elektronlar soni protonlar soniga teng. Elektronlar fermionlar bo'lganligi sababli, Pauli printsipi ularga bir xil kvant holatlarini olishni taqiqlaydi. Natijada, barcha elektronlar eng kam energiyaga ega (qo'zg'atmagan atom uchun) bir xil kvant holatida bo'lolmaydi, lekin eng kam umumiy energiya bilan kvant holatlarini ketma-ket to'ldiradi (shu bilan birga, elektronlarni ajratib bo'lmaydiganligini unutmang va u berilgan elektron qaysi kvant holatda joylashganligini aytish mumkin emas). Bunga misol qo'zg'atmagan litiy atomi (Li), unda ikkita elektron 1S orbitalda (eng past energiya), o'z impulslari farq qiladi va uchinchi elektron 1S orbitalni egallamaydi, chunki Pauli taqiqi buziladi. Shuning uchun uchinchi elektron 2S orbitalni egallaydi (1S dan keyingi eng past energiya orbital). Elektronlarning maksimal soni

84) Qattiq jismlarning zonalar nazariyasi. Metalllarning, dielektriklarning va yarim o'tkazgichlarning elektr o'tkazuvchanligi. Qattiq jismlarning zonalar nazariyasi - qattiq jismdagi elektronlar harakatining kvant mexanik nazariyasi. Kvant mexanikasiga ko'ra, erkin elektronlar har qanday energiyaga ega bo'lishi mumkin - ularning energiya spektri uzluksizdir. Izolyatsiya qilingan atomlarga tegishli elektronlar ma'lum diskret energiya qiymatlariga ega. Qattiq jismda elektronlarning energiya spektri sezilarli darajada farq qiladi, u taqiqlangan energiya zonalari bilan ajratilgan alohida ruxsat etilgan energiya diapazonlaridan iborat. Tarmoq nazariyasining fizik asoslari Bor postulatlariga ko'ra, ajratilgan atomda elektronning energiyasi qat'iy diskret qiymatlarni olishi mumkin (shuningdek, elektron orbitallardan birida joylashganligi ham aytiladi). Bir nechta atomlar kimyoviy bog' bilan birlashganda (masalan, molekulada) elektron orbitallar atomlar soniga mutanosib miqdorda bo'linadi va molekulyar orbitallar deb ataladi. Tizimning makroskopik kristalga (atomlar soni 10 20 dan ortiq) yanada ortishi bilan orbitallar soni juda katta bo'ladi va qo'shni orbitallarda joylashgan elektronlarning energiya farqi mos ravishda juda kichik bo'ladi, energiya darajalari. deyarli uzluksiz diskret to'plamlarga bo'linadi - energiya zonalari. Yarimo'tkazgichlar va dielektriklarda 0 K haroratda barcha energiya holatlari elektronlar bilan band bo'lgan ruxsat etilgan energiya zonalarining eng yuqori qismi valentlik zonasi, keyin esa o'tkazuvchanlik zonasi deb ataladi. Metalllarda o'tkazuvchanlik zonasi elektronlar 0 K haroratda joylashgan eng yuqori ruxsat etilgan zona hisoblanadi. Tarmoq nazariyasi quyidagi asosiy taxminlarga asoslanadi: 1. Qattiq jism mukammal davriy kristalldir. 2. Kristal panjara tugunlarining muvozanat pozitsiyalari o'zgarmas, ya'ni atomlarning yadrolari harakatsiz hisoblanadi (adiabatik yaqinlashish). Fononlar deb ta'riflanishi mumkin bo'lgan muvozanat pozitsiyalari atrofidagi atomlarning kichik tebranishlari keyinchalik elektron energiya spektrining buzilishi sifatida kiritiladi. 3. Ko'p elektronli masala bir elektronli muammoga keltiriladi: berilgan elektronga qolgan barchalarining ta'siri qandaydir o'rtacha davriy maydon bilan tavsiflanadi. Ferromagnetizm, o'ta o'tkazuvchanlik va eksitonlar rol o'ynaydigan kabi mohiyatan ko'p elektronli bo'lgan bir qator hodisalarni tarmoqli nazariyasi doirasida izchil ko'rib chiqish mumkin emas. Shu bilan birga, qattiq jism nazariyasini qurishga umumiy yondashuv bilan, tarmoqli nazariyasining ko'plab natijalari uning dastlabki taxminlaridan kengroq ekanligi ma'lum bo'ldi. Tarmoq strukturasini hisoblash usullari Bir elektronli yaqinlikdagi kristalldagi elektronlarning energiya spektri Shredinger tenglamasi bilan tavsiflanadi: , bu yerda kristallning davriy potensiali. Metallar, yarim o'tkazgichlar va dielektriklarning elektr o'tkazuvchanligi. Metall va yarim o'tkazgichlarda tokni elektronlar, dielektriklarda elektron va ionlar olib boradi. Elektr maydoni bo'lmaganda, elektronlar tasodifiy harakat qiladi, bir yo'nalishda qancha elektronlar teskari yo'nalishda harakat qiladi. Shuning uchun xaotik harakat zaryad (joriy) uzatishni yaratmaydi. Agar elektr maydoni qo'llanilsa, u holda teskari yo'nalishga qaraganda ko'proq elektronlar maydon kuchi vektoriga qarshi yo'nalishda harakat qiladi, ya'ni. elektr toki paydo bo'ladi. Bunda elektronlar harakatini drift tezligi vdr deb ataladigan nisbatan kichik o'rtacha tezlik bilan E vektoriga nisbatan tartibsiz harakat va tartibli harakat yig'indisi sifatida ifodalash mumkin. O'tkazuvchanlik elektronlari deb ataladigan tok deyarli erkin elektronlar tomonidan yaratilgan metallarda tok zichligi ularning konsentratsiyasi n va drift tezligi vdr ga mutanosib bo'ladi.Elektr maydonida tezlashtirilgan holda elektron maydon bo'ylab qo'shimcha tezlikka ega bo'ladi. keyingi to'qnashuv natijasida yo'qotadi. Yarimo'tkazgichlarda o'tkazuvchan elektronlar va teshiklar oqim hosil qiladi. Teshik elektron zaryadining moduliga teng bo'lgan musbat zaryadga ega kvazizarradir. Teshik - kristall panjaradagi elektron olib tashlangan joy. Bu joy eng yaqin elektronlardan biri tomonidan ishg'ol qilinganida, teshik bu joyda yo'qoladi, lekin boshqa, yaqin joyda paydo bo'ladi. Ko'pgina elektronlarning erkin elektronlar harakatidan farq qiladigan bu harakatini elektronlar harakatiga teskari yo'nalishda harakatlanadigan teshik harakati nuqtai nazaridan qulay tasvirlash mumkin. 5 Metallning o'tkazuvchanligidan (6) farqli o'laroq, yarim o'tkazgichning o'tkazuvchanligi ikki turdagi o'tkazuvchanlik - elektron (n-tip) va teshik (p-tip) yig'indisiga teng: Turli haroratlarda metallarning yuqori o'tkazuvchanligi. o'tkazuvchanlik elektronlarining yuqori konsentratsiyasi tufayli, atomlar kontsentratsiyasi bilan taqqoslanadigan va haroratga bog'liq emas. Metalllardan farqli o'laroq, yarimo'tkazgichlarda tashuvchining kontsentratsiyasi qizdirilganda tez o'sib boradi, bu esa o'tkazuvchanlikning kuchli o'sishiga olib keladi. Bunda harakatchanlikning biroz kamayishi, teskari ta'sirga olib keladi, qizdirilganda o'tkazuvchanlikning oshishiga to'sqinlik qila olmaydi.Dielektriklar va yarim o'tkazgichlarda tarmoqli tuzilishi ma'lum bir kenglikdagi tarmoqli bo'shlig'i mavjud. Bunday holda, yarim o'tkazgichlarda tarmoqli kengligi taxminan elektron voltning bir qismidan 3 elektron voltgacha, dielektriklarda esa tarmoqli kengligi taxminan 3 elektron voltdan 10 elektron voltgacha. Ushbu moddalarda elektr o'tkazuvchanligi paydo bo'lishi uchun zaryadlar elektronlar egallagan valentlik zonasidan o'tkazuvchanlik zonasiga, ya'ni. har bir bepul zaryad faqat tarmoq oralig'idan kam bo'lmagan energiya berilsa paydo bo'ladi. Juda kuchli bo'lmagan elektr maydonlari ta'sirida zaryadlar, birinchi navbatda, asosiy modda yoki aralashmalarning molekulalarining termal ionlanishi yoki elektrodlardan paydo bo'lishi tufayli paydo bo'ladi. Oxirgi usul zaryad tashuvchilarning emissiyasi deb ataladi. 85) Atom yadrolarining zaryadi, massasi va hajmi. Asosiy tarkib. Nuklonlar. yadro formulasi. Atom yadrolarining zaryadi, massasi va hajmi Yadro atomning markaziy qismidir, unda atomning deyarli barcha massasi va uning musbat zaryadi jamlangan.Yadrolarning oʻlchamlari Atom yadrolarida zaryad va massaning taqsimlanishi alfa zarrachalar (tarixiy jihatdan Rezerfordning birinchi tajribalari), elektronlar va protonlarning yadrolarda elastik sochilishi boʻyicha tajribalarda oʻrganiladi. Ma'lum bo'lishicha, zaryadning tarqalish zichligi ham, yadro massasining tarqalish zichligi ham Fermi taqsimoti bilan taxminan ifodalangan:

Asosiy zaryad teng Ze, qayerda e protonning zaryadi, Z - zaryad raqami ga teng ishlab chiqarish raqami Mendeleyev davriy elementlar tizimidagi kimyoviy element, ya'ni. yadrodagi protonlar soni. Yadrodagi neytronlar soni belgilanadi N. Qoida sifatida Z > N.

DA atom yadrosining tarkibi elementar zarralarni o'z ichiga oladi : protonlar va neytronlar (nuklonlar lotincha so'zdan yadro - yadro). Yadroning bunday proton-neytron modeli sovet fizigi tomonidan 1932 yilda D.D. Ivanenko. Proton musbat zaryadga ega e + = 1,06 10 -19 C va tinch massa m p\u003d 1,673 10 -27 kg \u003d 1836 men. Neytron ( n) tinch massaga ega neytral zarrachadir m n= 1,675 10 -27 kg = 1839 men(bu erda elektronning massasi men, 0,91 10 -31 kg ga teng). Shaklda. 9.1 XX asr oxiri - XXI asr boshlari g'oyalariga muvofiq geliy atomining tuzilishini ko'rsatadi.

Yadrodagi nuklonlar soni A = Z + N chaqirdi massa raqami . yadrolari bir xil Z, lekin boshqacha LEKIN chaqirdi izotoplar. Yadrolar, shu bilan birga A turlicha bor Z, deyiladi izobarlar.

86 ) Yadroning bog'lanish energiyasi. ommaviy nuqson. Ionizatsiya potentsiali.

Yadro bog'lanish energiyasi

Yadroning bog'lanish energiyasi yadroning alohida zarrachalarga to'liq bo'linishi uchun sarflanishi kerak bo'lgan minimal energiyaga teng. Energiyaning saqlanish qonunidan kelib chiqadiki, bog'lanish energiyasi alohida zarrachalardan yadro hosil bo'lganda ajralib chiqadigan energiyaga teng.

Har qanday yadroning bog'lanish energiyasini uning massasini aniq o'lchash orqali aniqlash mumkin. Hozirgi vaqtda fiziklar zarrachalar - elektronlar, protonlar, neytronlar, yadrolar va boshqalarning massalarini juda yuqori aniqlik bilan o'lchashni o'rgandilar. Bu o'lchovlar shuni ko'rsatadi har qanday yadroning massasi M i har doim uni tashkil etuvchi proton va neytronlarning massalari yig'indisidan kichikdir:

M I< Zm p+ Nm n.

Massa farqi

Bu energiya yadro hosil bo'lishida g-kvant nurlanishi shaklida ajralib chiqadi

Atomning ionlanish potentsiali- minimal potentsial farq U, atomni ionlashtirish uchun etarli kinetik energiya olish uchun elektron tezlashtiruvchi elektr maydonida o'tishi kerak.

Ionizatsiya potentsiali U ionlanish energiyasi bilan quyidagi munosabat bilan chambarchas bog'liq:

E=Ue, qayerda e-elementar elektr zaryadi.

Atomning ionlanish energiyasi zarrachaning ichki xossasi bo'lib, ionlanish usuliga bog'liq emas, ionlanish potentsialini esa tarixan birinchi ionlanish usuliga xos xususiyat deyish mumkin.

87 ) Radioaktiv nurlanish. Yadroviy parchalanish turlari. Radioaktiv parchalanish qonuni. Uning xususiyatlari.

Hozirda ostida radioaktivlik ba'zi atom yadrolarining turli xil radioaktiv nurlanish va elementar zarrachalar chiqishi bilan o'z-o'zidan (o'z-o'zidan) boshqa yadrolarga aylanish qobiliyatini tushunish. Radioaktivlik ga bo'linadi tabiiy(tabiatda mavjud beqaror izotoplarda kuzatiladi) va sun'iy(yadro reaksiyalari natijasida olingan izotoplarda kuzatiladi). Ushbu ikki turdagi radioaktivlik o'rtasida tub farq yo'q, chunki radioaktiv o'zgarish qonunlari ikkala holatda ham bir xil.

Radioaktiv nurlanishning uch turi mavjud:  -, - va  -radiatsiya.

Qishloq xo`jaligi radiobiologiyasining o`rganish ob'ektlari va vazifalari. Radiobiologiyaning rivojlanish tarixi.

Asosiy vazifa radiobiologiya fanining predmeti boʻlgan ionlashtiruvchi nurlanish taʼsiriga boʻlgan biologik reaksiyaning umumiy qonuniyatlarini ochish, ular radiatsiya omilini gigienik jihatdan tartibga solish va organizmning nurlanish reaksiyalarini boshqarish sanʼatini oʻzlashtirishning ilmiy asosi hisoblanadi.
Radiobiologiyaning rivojlanishi uch bosqichga bo'linadi:

1-bosqich Radiobiologiyaning rivojlanishi, olimlar ilgari tasvirlangan ta'sirlarni tushuntirishga harakat qilganda, tavsiflovchi xarakterdagi ishlar bilan tavsiflanadi.

Radiyning teriga ta'siriga e'tibor qaratgan birinchi olimlar nemislar G. Valchow va Gizel edi.

Asosiy kashfiyotlar quyidagilardir:

1. Ionlashtiruvchi nurlanish ta'sirida hujayra bo'linishi inhibe qilinishini aniqlash.

2. Bergagnier-Tribondo qonuni (1903-1906): hujayra qanchalik radiosensitiv bo'lsa, u ko'payish (bo'linish) qobiliyatiga ega bo'ladi va ularning morfologiyasi va funktsiyalari kamroq aniq ifodalanadi, ya'ni. nisbatan kamroq farqlanadi.

2-bosqich Radiobiologiyaning rivojlanishi "doza-ta'sir" nazariyasining rivojlanishi bilan bog'liq. Bir tomondan, radiatsiya dozasining oshishi bilan zararli ta'sir kuchayishi aniqlandi.

1922 yilda muhim kashfiyot sezgir hajmdagi ionlanish hodisalari nazariyasi edi.

3-bosqich 1940—1950-yillarda boshlangan. Miqdoriy atom radiobiologiyasi usullari juda rivojlangan.

Xususan, boshidanoq radioaktiv chiqindilar bir xil emasligi aniqlandi va 1903 yilda Mariya Skladovska-Kyuri dissertatsiyasida chizma paydo bo'ldi.

1998 yil Bekkerel b-nurlari manfiy zaryadlangan tez elektronlar oqimi ekanligini isbotladi.

1988-1899 yillarda Pol Villard zaryadga javob bermaydigan va rentgen nurlariga o'xshash elektromagnit nurlanish g-nurlar ekanligini aniqladi; ular elektr neytral (zaryati yo'q), tinch massaga ega emas va energiyaning alohida qismlaridan iborat.

1899 yilda Ernest Rezerford a-nurlari geliy yadrolari oqimi ekanligini isbotladi, protonlar hisobiga musbat zaryadlangan, ular kvarklar to'plami tufayli musbat zaryadga ega.

Qurolli plutoniy ishlab chiqarish uchun birinchi reaktor 1940-1945 yillarda qurilgan.

Tabiiy radioaktiv atomlarning kelib chiqishi.

Ovqatlanish. radioaktiv atomlar Yer paydo bo'lganidan beri mavjud.
1896 yilda Bekkerel ba'zi uran tuzlari bir yil oldin Rentgen tomonidan kashf etilgan nurlanishga o'xshash penetratsion nurlanish chiqarishini aniqladi. Ushbu kashfiyotning ulkan ahamiyati darhol tushunilmadi. Bir necha yil o'tgach, Per va Mari Kyuri fizikaning ushbu yangi sohasini o'rganishga qo'shimcha turtki berdi. Ular uran qatroni aralashmasidan ikkita moddani ajratib olishga muvaffaq bo'lishdi, ularning radioaktivligi uranning radioaktivligidan ancha kuchli. Rezerford va Soddi, Bekkerel tomonidan kashf etilgan hodisani o'rganib, tez orada radioaktivlik hodisasini uran va radiy atomlari barqaror emas, balki har biri uchun xarakterli tezlikda parchalanadi deb hisoblash bilan izohlash mumkinligini aniqladilar. Bunday holda, boshqa elementlarning atomlari hosil bo'ladi. Radioaktiv o'zgarishlar o'z-o'zidan sodir bo'ladi. Ularning oqimi tezligiga harorat va bosimning o'zgarishi, elektr va magnit maydonlarning mavjudligi, berilgan radioaktiv elementning kimyoviy birikmasining turi va uning agregatsiya holati ta'sir qilmaydi. Radioaktiv parchalanish atom yadrosining o'ziga xos xususiyati bo'lib, faqat uning ichki holatiga bog'liq. Atom yadrosining holatini o'zgartirmasdan radioaktiv parchalanish jarayonining borishiga ta'sir qilish mumkin emas. Radioaktivlik - ayrim atom yadrolarining a-, b-, g-nurlari va baʼzan boshqa zarrachalar chiqishi bilan oʻz-oʻzidan (oʻz-oʻzidan) parchalanish qobiliyati.
Radioaktiv nurlanish ionlanish effektini keltirib chiqaradi. Radioaktiv element doimo energiya chiqaradi va shuning uchun uning harorati har doim atrof-muhit haroratidan bir oz yuqori bo'ladi. Birinchi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, elementning radioaktivligi uning sof shaklida yoki har qanday kimyoviy birikmalar tarkibida bo'lishiga bog'liq emas.

Atomning tuzilishi va elementar zarrachalarning xarakteristikalari.

Kimyoviy elementning kimyoviy xossalarini tashuvchisi bo'lgan eng kichik zarracha - deyiladi atom.

Atom atom yadrosi va elektron qobiqdan iborat.

Atom yadrosi proton (p+) va neytronlardan (n0) iborat.

Protonlar soni N(p+) elementlarning tabiiy qatoridagi (va elementlarning davriy sistemasidagi) yadro zaryadiga (Z) va elementning seriya raqamiga teng.

Oddiygina N harfi bilan belgilangan N(n0) neytronlar soni va Z protonlar sonining yig'indisi massa soni deb ataladi va A harfi bilan belgilanadi.

Atomning elektron qobig'i yadro atrofida harakatlanadigan elektronlardan (e-) iborat.

Neytral atomning elektron qavatidagi elektronlar soni N(e-) uning yadrosidagi Z protonlar soniga teng.

Har qanday elementning atomini subatomik (elementar) zarrachalarga bo'lish mumkin, ammo bu holda ular atom xususiyatlariga ega bo'lmaydi.

Erkin holatda elementar zarralar massasi, elektr zaryadi va o'z aylanishi (spin) bilan tavsiflanadi.

Elementar zarralar sinflarga bo'linadi:

1. Fotonlar (kvant) elektromagnit maydonning kvantlari. Ularning elektr zaryadi va tinch massasi yo'q.

2. Leptonlar("o'pka"). Bularga quyidagilar kiradi: elektronlar (e -); pozitronlar (e +) - bu elektronning antizarralari, ular yadroda mavjud bo'lib, ular yadroga kirib, elektronda uchrashganda, annigilyatsiya sodir bo'ladi, ya'ni. o'zaro yo'q qilish; muonlar (µ–, µ+) – kichikroq zarralar, musbat va manfiy zaryadga ega bo‘lishi mumkin; tau leptonlar (t - , t +); neytrinolar va antineytrinolar - oxirgi ikkita zarrachalar elektr zaryadiga ega emas., spin (harakat) bilan farqlanadi.

3. Mezonlar("o'rta") - beqaror zarralar. p mezonlari musbat, manfiy va neytral zaryadga ega bo'lishi va harakatda va moddiy zarrachalar shaklida mavjud bo'lishi mumkin (moddiy zarrachalarning massasi elektron massasidan taxminan 270 marta katta). K-mezonlar musbat va manfiy zaryadga ega, ularning massasi elektronning massasidan 970 marta katta. Hayot muddati juda qisqa (10-8 sek), ular barqaror emas va p mezonlari va leptonlar yoki faqat leptonlar hosil bo'lishi bilan parchalanadi. Eta mezonlari (ē) - elektrondan 1074 marta og'irroq, umri 10 -19 sek, p mezon va fotonlarga parchalanadi.

4. baryon sinfi birlashtiradi protonlar , neytronlar , antiprotonlar , antineytronlar , va beqaror, ularning massasi nuklonlarning massasidan katta - ular deyiladi giperonlar . Proton va antiprotondan tashqari barcha barionlar beqaror. Barion parchalanganda, barion (odatda proton) majburiy ravishda hosil bo'ladi.

Bunga qo'shimcha ravishda ko'plab qisqa umr ko'radigan zarralar topildi - rezonanslar.

Dunyodagi hamma narsani sanashni yaxshi ko'radigan fanatik matematiklar uzoq vaqtdan beri asosiy savolga javob olishni xohlashadi: koinotda qancha zarralar bor? Birgina pin boshiga taxminan 5 trillion vodorod atomi sig'ishi va ularning har biri 4 ta elementar zarrachadan (protonda 1 elektron va 3 kvark) iboratligini hisobga olsak, kuzatilishi mumkin bo'lgan zarrachalar soni to'g'risida ishonch bilan taxmin qilish mumkin. koinot inson tasviridan tashqarida.

Qanday bo'lmasin, Nottingem universitetidan fizika professori Toni Padilla fotonlar yoki neytrinolarni hisobga olmagan holda koinotdagi zarralarning umumiy sonini hisoblash usulini ishlab chiqdi, chunki ularning massasi yo'q (aniqrog'i, deyarli yo'q):

O'z hisob-kitoblari uchun olim Plank teleskopi yordamida olingan ma'lumotlardan foydalangan, bu koinotdagi eng qadimgi ko'rinadigan yorug'lik bo'lgan va shu bilan uning chegarasining o'xshashligini tashkil etuvchi CMB ni o'lchash uchun ishlatilgan. Teleskop tufayli olimlar ko'rinadigan koinotning zichligi va radiusini taxmin qilish imkoniyatiga ega bo'ldilar.

Yana bir zarur o'zgaruvchi - bu barionlar tarkibidagi moddalarning ulushi. Bu zarralar uchta kvarkdan iborat bo'lib, bugungi kunda eng mashhur barionlar proton va neytronlardir va shuning uchun Padilla ularni o'z misolida ko'rib chiqadi. Nihoyat, hisoblash uchun proton va neytronning massalarini bilish kerak (ular taxminan bir-biriga to'g'ri keladi), shundan so'ng siz hisob-kitoblarga o'tishingiz mumkin.

Fizik nima qiladi? U ko'rinadigan koinotning zichligini oladi, uni faqat barionlar zichligining bir qismiga ko'paytiradi va natijani koinot hajmiga ko'paytiradi. U koinotdagi barcha barionlarning hosil bo'lgan massasini bitta barionning massasiga ajratadi va barionlarning umumiy sonini oladi. Lekin bizni barionlar qiziqtirmaydi, maqsadimiz elementar zarralardir.

Ma'lumki, har bir baryon uchta kvarkdan iborat - ular bizga kerak bo'lgan narsadir. Bundan tashqari, protonlarning umumiy soni (biz hammamiz maktab kimyo kursidan bilamiz) elektronlarning umumiy soniga teng, ular ham elementar zarralardir. Bundan tashqari, astronomlar koinotdagi materiyaning 75 foizini vodorod, qolgan 25 foizini geliy tashkil etishini, bu kattalikdagi hisob-kitoblarda boshqa elementlarga e'tibor bermaslik mumkinligini aniqladilar. Padilla neytronlar, protonlar va elektronlar sonini hisoblab chiqadi va keyin birinchi ikkita pozitsiyani uchga ko'paytiradi - va biz nihoyat yakuniy natijaga erishamiz.

3,28x10 80. Uch vigintilliondan ortiq.

328.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.

Eng qizig'i shundaki, koinotning masshtabini hisobga olsak, bu zarralar uning umumiy hajmining katta qismini ham to'ldirmaydi. Natijada, Koinotning har kub metriga faqat bitta (!) elementar zarracha to'g'ri keladi.