Subatomik zarracha

Fizikada subatomik zarracha atomdan kichikroq zarrachadir .  Zarrachalar fizikasining standart modeliga koʻra, subatomik zarra boshqa bir qancha zarrachalardan (masalan, proton, neytron yoki mezon va boshqalar) tashkil topgan kompozit zarracha yoki boshqa zarrachalardan iborat boʻlmagan elementar zarracha boʻlishi mumkin. (masalan, elektron, foton yoki muon).  Zarrachalar fizikasi va yadro fizikasi bu zarralarni va ularning oʻzaro taʼsirini oʻrganadi. 

Bir qancha tajribalar shuni koʻrsatadiki, yorugʻlik oʻzini zarralar oqimi (fotonlar deb ataladi) kabi tutishi va toʻlqinga oʻxshash xususiyatlarni namoyon qilishi mumkin. Bu kvant miqyosidagi zarralar ham zarrachalar, ham toʻlqinlar kabi harakat qilishini aks ettiruvchi toʻlqin-zarracha ikkilik tushunchasiga olib keldi; Buni aks ettirish uchun ular baʼzan toʻlqinlar deb ataladi bir kontseptsiya, noaniqlik printsipi, ularning bir vaqtning oʻzida joylashgan holati va momentum kabi baʼzi xususiyatlarini birgalikda aniq oʻlchash mumkin emasligini bildiradi.  Toʻlqin-zarracha ikkiligi nafaqat fotonlarga, balki kattaroq zarrachalarga ham tegishli ekanligi koʻrsatildi. 

Fizikada Kvant maydon nazariyasi doirasida kichik zarrachalarning oʻzaro taʼsiri deganda mos keladigan fundamental oʻzaro taʼsirlar kvantlarini yaratish va yoʻq qilish tushuniladi. Bu zarrachalar fizikasini maydon nazariyasi bilan birlashtiradi.

Hatto zarracha fiziklari orasida ham zarrachaning aniq taʼrifi turli xil taʼrif va tavsiflarga ega. Zarrachani taʼriflash boʻyicha ushbu professional urinishlar quyidagilarni oʻz ichiga oladi:

 Zarracha yiqilgan toʻlqin funktsiyasidir
 Zarracha — bu maydonning kvant qoʻzgʻalishi
 Zarracha Puankare guruhining qaytarilmas tasviridir
 Zarra kuzatilgan narsadir

Tasniflash

Tarkibi boʻyicha 
Subatomik zarralar yoki boshqacha qilib aytganda „elementar“, yaʼni bir nechta boshqa zarrachalardan iborat emas yoki „kompozit“ va bir-biriga bogʻlangan bir nechta elementar zarralardan iborat.

Standart modelning elementar zarralari quyidagilardir: 

 Kvarklarning oltita " taʼmi ": yuqoriga, pastga, gʻalati, jozibasi, pastki va yuqori ;
 Olti turdagi leptonlar : elektron, elektron neytrino, muon, muon neytrino, tau, tau neytrino ;
 Oʻn ikki oʻlchovli bozonlar (kuch tashuvchilar): elektromagnetizm fotoni, kuchsiz kuchning uchta V va Z bozonlari va kuchli kuchning sakkiz glyuoni ;
 Xiggs bozoni .

Bularning barchasi bir qancha eksperimentlar orqali topildi, eng soʻnggisi — top kvark (1995), tau neytrino (2000) va Xiggs bozoni (2012).

Standart modelning turli kengaytmalari elementar graviton zarralari va boshqa koʻplab elementar zarralar mavjudligini bashorat qiladi, ammo 2021 yilga qadar ularning hech biri haligacha topilmagan.

Adronlar 
Hadron soʻzi yunon tilidan olingan va 1962 yilda Lev Okun tomonidan kiritilgan. Deyarli barcha kompozit zarralar bir-biriga glyuonlar bilan bogʻlangan bir nechta kvarklarni (va/yoki antikvarklarni) oʻz ichiga oladi (pozitroniy va muoniy kabi kvarklarsiz bir nechta istisnolardan tashqari). Tarkibida bir necha (≤ 5) kvark (shu jumladan antikvarklar) boʻlganlar adronlar deyiladi. Rangni chegaralash deb nomlanuvchi xususiyat tufayli kvarklar hech qachon yakka holda topilmaydi, lekin har doim bir nechta kvarklarni oʻz ichiga olgan adronlarda paydo boʻladi. Adronlar kvarklar soni (shu jumladan antikvarklar) boʻyicha toq sonli kvarklarni (deyarli har doim 3 ta) oʻz ichiga olgan barionlarga boʻlinadi, ulardan proton va neytron (ikki nuklon) eng yaxshi maʼlum; va juft sonli kvarklarni oʻz ichiga olgan mezonlar (deyarli har doim 2, bitta kvark va bitta antikvark), ulardan pionlar va kaonlar eng yaxshi maʼlum.

Proton va neytrondan tashqari barcha adronlar beqaror va mikrosekundlarda yoki undan kamroq vaqt ichida boshqa zarrachalarga parchalanadi. Proton ikkita yuqoriga kvark va bitta pastga kvarkdan, neytron esa ikkita pastga va bitta yuqoriga kvarkdan iborat. Bular odatda atom yadrosiga birikadi, masalan. geliy-4 yadrosi ikkita proton va ikkita neytrondan iborat. Koʻpchilik adronlar yadroga oʻxshash kompozitlarga bogʻlanish uchun etarlicha uzoq yashamaydi; qiladiganlar (proton va neytrondan tashqari) ekzotik yadrolarni hosil qiladi.

Statistikaga koʻra 
Har qanday subatomik zarrachalar, uch oʻlchamli fazodagi kvant mexanikasi qonunlariga boʻysunadigan har qanday zarrachalar kabi, bozon (butun spinli) yoki fermion (toq yarim butun spinli) boʻlishi mumkin.

Standart modelda barcha elementar fermionlar 1/2 spinga ega boʻlib, rangli zaryadni tashuvchi va shuning uchun kuchli oʻzaro taʼsirni his qiladigan kvarklarga va leptonlarga boʻlinadi. Elementar bozonlar spini 1 boʻlgan oʻlchovli bozonlarni (foton, V va Z, glyuonlar) oʻz ichiga oladi, Xiggs bozoni esa spini nolga teng boʻlgan yagona elementar zarrachadir. Gipotetik graviton nazariy jihatdan spin 2 ga ega boʻlishi kerak, ammo standart modelning bir qismi emas. Supersimmetriya kabi baʼzi kengaytmalar spin 3/2 boʻlgan qoʻshimcha elementar zarrachalarni bashorat qiladi, ammo 2021 yilga kelib ularning hech biri topilmagan. Murakkab zarrachalarning spin qonunlari tufayli barionlar (3 kvark) 1/2 yoki 3/2 spinga ega va shuning uchun fermionlardir; mezonlar (2 kvark) 0 yoki 1 butun spinga ega va shuning uchun bozonlardir.

Massa boʻyicha 
Maxsus nisbiylik nazariyasida zarrachaning tinch holatidagi energiyasi uning massasi yorugʻlik tezligining kvadratiga teng, E = mc2. Yaʼni, massa energiya bilan ifodalanishi mumkin va aksincha. Agar zarrachada dam olish holatida yotadigan mos yozuvlar doirasi boʻlsa, u musbat tinch massaga ega va massiv deb ataladi.

Barcha kompozit zarralar massivdir. Barionlar („ogʻir“ degan maʼnoni anglatadi) odatda mezonlardan („oraliq“ degan maʼnoni anglatadi) kattaroq massaga ega, ular oʻz navbatida leptonlardan („engil“ degan maʼnoni anglatadi) ogʻirroq boʻladi, lekin eng ogʻir lepton (tau zarrasi) ogʻirroqdir. barionlarning ikkita eng engil taʼmi (nuklonlar). Elektr zaryadiga ega boʻlgan har qanday zarracha massali ekanligi ham aniq.1950-yillarda dastlab barionlar, mezonlar va leptonlar atamalari massaga taalluqli edi; ammo, 1970-yillarda kvark modeli qabul qilingandan soʻng, barionlar uchta kvarkning kompozitsiyasi, mezonlar bitta kvark va bitta antikvarkning kompozitsiyasi, leptonlar esa elementar boʻlib, rang zaryadi boʻlmagan elementar fermionlar sifatida aniqlangan.

Barcha massasiz zarralar (oʻzgarmas massasi nolga teng boʻlgan zarralar) elementardir. Ularga foton va glyuon kabilar kiradi, ammo ikkinchisini ajratib boʻlmaydi.

Chirish orqali 
Koʻpgina subatomik zarralar barqaror emas. Barcha leptonlar, shuningdek, barionlar kuchli yoki kuchsiz kuch (protondan tashqari) taʼsirida parchalanadi. Protonlarning parchalanishi maʼlum emas, garchi ularning „haqiqatan“ barqarorligi nomaʼlum, chunki baʼzi juda muhim Buyuk Birlashgan nazariyalar (GUT) buni talab qiladi. m va t muonlar, shuningdek, ularning antizarralari kuchsiz kuch taʼsirida parchalanadi. Neytrinolar (va antineytrinolar) parchalanmaydi, ammo neytrino tebranishlari bilan bogʻliq hodisa hatto vakuumlarda ham mavjud deb hisoblanadi. Elektron va uning antizarrasi, yaʼni pozitron, elektr zaryadining kattaligi ≤ e boʻlgan engilroq zarracha mavjud boʻlmasa, zaryadning saqlanishi tufayli nazariy jihatdan barqarordir (bu ehtimoldan yiroq). Uning zaryadi hali koʻrsatilmagan.

Boshqa xususiyatlar 
Barcha kuzatilishi mumkin boʻlgan subatomik zarrachalarning elektr zaryadi elementar zaryadning butun soniga teng. Standart modelning kvarklari „butun boʻlmagan“ elektr zaryadlariga ega, yaʼni koʻp sonli e, lekin kvarklarni (va butun son boʻlmagan elektr zaryadiga ega boʻlgan boshqa kombinatsiyalarni) rang chegarasi tufayli ajratib boʻlmaydi. Barionlar, mezonlar va ularning antizarralari uchun tashkil etuvchi kvarklarning zaryadlari e ning butun soniga koʻpayadi. Albert Eynshteyn, Satyendra Nath Bose, Lui de Broyl va boshqa koʻplab olimlarning ishlari orqali hozirgi ilmiy nazariya barcha zarralar ham toʻlqin tabiatiga ega ekanligini taʼkidlaydi. Bu nafaqat elementar zarralar, balki atomlar va hatto molekulalar kabi birikma zarralar uchun ham tasdiqlangan. Aslida, relativistik boʻlmagan kvant mexanikasining anʼanaviy formulalariga koʻra, toʻlqin-zarracha ikkiligi barcha ob’ektlarga, hatto makroskopik ob’ektlarga ham tegishli; makroskopik ob’ektlarning toʻlqinli xususiyatlarini ularning kichik toʻlqin uzunliklari tufayli aniqlab boʻlmaydi.

Zarrachalar orasidagi oʻzaro taʼsirlar koʻp asrlar davomida sinchkovlik bilan tekshirilgan va bir nechta oddiy qonunlar zarrachalarning toʻqnashuv va oʻzaro taʼsirlarda qanday harakat qilishini asoslaydi. Ulardan eng asosiysi energiyaning saqlanish va impulsning saqlanish qonunlari boʻlib, ular yulduzlardan to kvarklargacha boʻlgan kattalik shkalalarida zarrachalarning oʻzaro taʼsirini hisoblash imkonini beradi.  Bular Nyuton mexanikasining zaruriy asoslari, dastlab 1687 yilda nashr etilgan Philosophiae Naturalis Principia Mathematica kitobidagi bir qator bayonotlar va tenglamalardir.

Atomning boʻlinishi 
Manfiy zaryadlangan elektronning massasi vodorod atomining  1⁄1837 yoki 1836 qismiga teng. Vodorod atomi massasining qolgan qismi musbat zaryadlangan protondan keladi. Elementning atom raqami uning yadrosidagi protonlar sonidir. Neytronlar massasi protonnikidan biroz kattaroq boʻlgan neytral zarralardir. Xuddi shu elementning turli izotoplari bir xil miqdordagi protonlarni oʻz ichiga oladi, ammo neytronlarning soni har xil. Izotopning massa soni — nuklonlarning umumiy soni (neytronlar va protonlar birgalikda).

Kimyo elektron almashinuvi atomlarni kristallar va molekulalar kabi tuzilmalarga qanday bogʻlashi bilan bogʻliq. Kimyoni tushunishda muhim deb hisoblangan subatomik zarralar elektron, proton va neytrondir. Yadro fizikasi proton va neytronlarning yadrolarda qanday joylashishi bilan shugʻullanadi. Subatomik zarralar, atomlar va molekulalar, ularning tuzilishi va oʻzaro taʼsirini oʻrganish kvant mexanikasini talab qiladi. Zarrachalar soni va turlarini oʻzgartiruvchi jarayonlarni tahlil qilish kvant maydon nazariyasini talab qiladi. Oʻz-oʻzidan subatomik zarralarni oʻrganish zarrachalar fizikasi deb ataladi. Yuqori energiya fizikasi atamasi „zarrachalar fizikasi“ ning deyarli sinonimidir, chunki zarralarni yaratish yuqori energiyani talab qiladi: u faqat kosmik nurlar natijasida yoki zarracha tezlatgichlarida sodir boʻladi. Zarracha fenomenologiyasi ushbu tajribalar natijasida olingan subatomik zarralar haqidagi bilimlarni tizimlashtiradi.

Tarix 
" Subatomik zarracha" atamasi asosan 1960-yillarning retronimi yaʼni faqatgina osha yillar atamasi boʻlib, koʻp sonli barionlar va mezonlarni (ular adronlarni oʻz ichiga oladi) hozirgi haqiqatda elementar deb hisoblangan zarrachalardan ajratish uchun ishlatilgan. Bundan oldin adronlar odatda „elementar“ deb tasniflangan, chunki ularning tarkibi nomaʼlum edi.

Yana qarang

Mambalar

Qoʻshimcha oʻqish

Umumiy oʻquvchilar 

 Feynman, RP & Weinberg, S. (1987). Elementar zarralar va fizika qonunlari: 1986 yilgi Dirak xotirasi maʼruzalari . Kembrij universiteti. bosing.
 978-0-393-05858-1
 Oerter, Robert (2006). Deyarli hamma narsa nazariyasi: standart model, zamonaviy fizikaning soʻzsiz gʻalabasi . Plume.ISBN 978-0452287860
 Shumm, Bryus A. (2004). Chuqur narsalar: zarralar fizikasining hayratlanarli goʻzalligi . Jons Xopkins universiteti matbuoti.ISBN 0-8018-7971-X .
 978-981-238-149-1

Darsliklar 

 Coughlan, GD, JE Dodd va BM Gripaios (2006). Zarrachalar fizikasi gʻoyalari: Olimlar uchun kirish, 3-nashr. Kembrij universiteti. bosing. Fizika boʻyicha mutaxassis boʻlmaganlar uchun bakalavriat matni.
 978-0-471-60386-3
 978-0-201-11749-3

Havolalar 

 Kaliforniya universiteti: Zarrachalar maʼlumotlari guruhi.
Pages with unreviewed translations