Nüvə_kimyası
Kvarklar və qlüonlar
Kvarklar və qlüonlar – təbiətin başlıca hissəcikləri – yalnız böyük partlayışdan sonra ani olaraq 10-5 san yaşaya bilən materiyanın xüsusi növüdür. Soyuyan zaman kvarklar və qlüonlar birləşərək ikilik və ya üçlük əmələ gətirərək fərdi mövcudluqdan çıxır, mezon və adronlara çevrilirlər. Təbii ki, süni plazma almaq üçün nə vaxtsa təbiətdə mövcud olmuş ener- getikaya müvafiq energetik şərait yaratmaq lazım idi. Kvark– qlüon plazmasının yaranması mahiyyətcə Eynşteynə görə enerjidən hissəcik yaratmaqdır. Keçən əsrin 80-ci illərindən başlayaraq bizə məlum olan nuklon materiyasından kvark–qlüon plazmasının alınması üzrə eksperimentlər aparılırdı. Çoxları hesab edirdilər ki, bu zaman Yer kürəsini və digər kosmik obyektləri özünə çəkən qara de- şik alınması təhlükəsi yarana bilər. Dünya ictimaiyyəti narahat- lıq keçirməklə bu eksperimentləri qadağan etmək məsələsinin müzakirəsi ilə məşğul olduğu zaman artıq ilk nəticələr alındı. 2000-2001-ci illərdə İsveçrədə və Amerikada aparılan işlər yerin kvark–qlüon materiyasının alınmasını güman etməyə im- kan verdi. Bu sahədə tədqiqatlar hələ davam etdirilir. Atomun quruluş vahidləri olan proton, neytron və elektron kimi kvarklar da adronların tərkib vahidləridir. Onlar güclü, zəif və elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərinin iştirakçılarıdır. Hazırda 10-16 sm məsafəyə qədər kvarklar quruluşa malik deyil. Elementar hissəciklərdən fərqli olaraq kvarklar kəsrli elektrik yükünə malikdir. Bir vaxtlar kvarkların bu xüsusiyyəti bəzi alimləri çəkindirirdi. Həqiqətən də, kvarkların yükü bu gün qeyri-diskret stabil hissəcik sayılan elektronun yük vahidləri ilə ifadə olunurdu. Hazırda Stenfordda yükü elektron yükünün 1/6-nə bərabər olan stabil hissəcik axtarışları aparılır. Bu hissəciyin mövcud olması ehtimalı vardır, çünki aparılan eksperimentlərə görə kvark və qlüonun mövcudluğu yəqindir. Kvarklar təbiətdə fərdi olaraq müşahidə olunmur, çünki onlar arasında məsafə böyüdükcə cazibə qüvvəsi artır. Kvark- ların timsalında görmək olar ki, diskretlik anlayışı (latınca diskretus – bölünmüş, ayrılmış deməkdir) prinsipial dəyişikliklərə uğrayır, çünki onları ayırmaq cəhdi boşa çıxır. Kiçik məsafələrdə kvarklar sahəsiz hissəciklərdir, ona görə də öz aralarında sıfra yaxınlaşdıqca kütləsi olmayan qlüon mübadiləsi ilə əlaqəyə girirlər. Bunlar kvant elektrodinamikasındakı fotonları xatırladırlar, lakin onlardan fərqli olaraq qlüonlar bir-biri ilə kvarkları yapışdırmaqla qarşılıqlı təsirdə olurlar. Kvarklar və qlüonlar elementar hissəcik-lər və vakuum arasında keçid vəziyyətidir. Vakuum kimi onlar da bir-birindən aralana bilməzlər, digər tərəfdən isə sərbəst halda mövcud olmayaraq, yalnız proton və neytronlarda yaşayırlar. Kvarkların sərbəstlik dərəcəsi • Rəng vəziyyəti Rəng adlanan kvant vəziyyətlərinə görə fərziyyənin müəllifləri kvarkları üç qrupa ayırırlar: r (red) – qırmızı y (yellow) – sarı v (violet) – bənövşəyi kvarklar bir rəngdən digərinə qlüonlar buraxmaqla keçə bilərlər. Müəyyən rəngli kvarklar işıq kvantları eyni dərəcədə udur və buraxırlar. Hər rəngin kvarkı özünə məxsus kütləyə malikdir. • Kvarkların iyi (ətri) Ətir anlayışı 6 sərbəstlik dərəcəsini göstərir : u, d, s, c, b, t. d, s, b ətirli kvarklar mənfi yüklüdür, –1/3. u, c, t kvark- ları müsbət yüklüdür, +2/3. Yüklər protonların yük vahidləri ilə ifadə olunur. Adi maddə u və d kvarklarından ibarətdir. Qalan kvarklar isə süni olaraq alınmış və yaxud da kosmik şüalarda müşahidə olun- muşdur. • Kvarkların spini 1/2-dir. • Hər bir kvarkın antikvarkı var. Kvarkların sərbəstlik dərəcəsi ədədi Kvarkların sərbəstlik dərəcəsi ədədini hesablayaq. 3 (rəng)· 6 (ətir)· 2 (spin)· 2 (yük) = 72 Hissəciklərin nəsli Yüklü leptonlar və onlara müfaviq olan neytrino kvark- larla üç nəsil elementar hissəcik əmələ gətirir. Leptonlar Neytrino Kvarklar u, c, t +2/3 Kvarklar d, s, b –1/3 Hissəciklərin nəsli e νe u d I μ νμ c s II τ ντ t b III. Təcrübələr nəticəsində iki hadisə aşkar edilmişdir. Müəlliflərin fikrincə bunu yalnız Yer kürəsinin ′′əcaib kvark materiyası′′ ilə toqquşması ilə izah etmək olar. Neytronun tərkibi Əvvəllər elementar hissəcik kimi məlum olan neytron da bölünəndir (diskretdir). O, bir u (+2/3) və iki d (-1/3) kvark- dan ibarətdir və yükü sıfra bərabərdir. Ümumiyyətlə neytral olmasına baxmayaraq, quruluşu mürəkkəb olduğu üçün daxilində maqnit momentinin yaranmasına səbəb olan elektrik cərəyanı vardır ki, bu da neytronun elektromaqnit qarşılıqlı təsirində iştirak etməsinə sübutdur. Kütləyə malik olduğu üçün, o cazibə qarşılıqlı təsirində də iştirak etməlidir. Neytron sərbəst halda qeyri-sabit hissəcikdir, onun ömrü 887±2 san-dir. Ömrünün sonunda zəif qarşılıqlı əlaqədə iştirak edərək proton, elektron və antineytri- noya çevrilir n = p + e + e ~ν. Neytron protondan ağır olduğu üçün, o güclü qarşılıqlı təsirdə iştirak edərək protona keçir. Neytron yalnız atom nüvəsinin daxilində sabitdir və nə qədər olsa yaşaya bilər. Bunun misalında da neytronun iştirak etdiyi zəif və güclü qar- şılıqlı təsirlərin qüvvəsini müqayisə etmək olar. Nüvənin quruluş vahidi olmaqla neytron stabillik əldə edir. Bu stabilliyi nüvədəki güclü qarşılıqlı təsir müəyyənləşdirir, hansı ki elementar hissəciklərin həyatında bu təsir yoxdur. Son nəticə olaraq, deyə bilərik ki, təbiətdə ele- mentar hissəcikdən ağır olan nüvənin yaranmasını güclü qar- şılıqlı təsirlər müəyyənləşdirir. Nüvələrin xassələri isə atom- ların kimyəvi fərdiliyini müəyyənləşdirir. Protonun tərkibi İki u (+2/3) və bir d (-1/3) kvarkdan ibarət olan proton da neytron kimi elementar hissəcik deyil. O, müsbət yüklüdür, elektromaqnit təsirlərində iştirak edir. Proton həm də zəif təsirlərdə də iştirak edir, çünki nüvədə protonun neytrino götürməklə neytrona keçməsi reaksiyası baş verir p + e ~ν → n + e+. Qeyd etmək lazımdır ki, neytrondan yüngül olan sərbəst proton üçün parçalanma reaksiyası mümkün deyil p ≠ n + e+ + νe. Bununla da protonun uzunömürlülüyünü izah etmək olar: >1025 il. Protonun və neytronların nüvədaxili keçidləri pro- tonların güclü təsirlərdə iştirak etməsinə sübutdur. Kütləyə malik hissəcik olduğuna görə proton cazibə təsirlərində də işti- rak edir. Sıra nə ilə qurtarmalıdır: atom – nüvə – nuklonlar – kvarklar → ? Bu suala cavab fəlsəfi qanunauyğunluqdan irəli gəlir: materiyanın ali hərəkət formasında onun tərkib hissəsi – alçaq (aşağı) hərəkət forması öz əksini tapır. Atomların xassələrinin dövri dəyişməsi öz izahını atomun quruluşunda, yəni atomun fərdiliyini müəyyən edən nüvənin quruluşunda ta- pır. Bu qanunauyğunluğu davam etdirərək, elementlərin xassələrinin dövri dəyişməsinin sonrakı asılılıqlarını təbii ki, nüvənin nuklonlarının quruluşunda axtarmaq lazımdır. Buna görə də materiyanın bölünən olmasının tədqiqində Men- deleyevin kəşf etdiyi qanunauyğunluqlar həmişə çox qiymətli (misilsiz) rol oynamış və gələcəkdə bu belə olacaqdır. Hazırkı dövrdə atom nüvəsinin quruluşunun öyrənilməsi üzrə tədqiqatlar davam etdirilir.