dN( *( - Termiz davlat universiteti fizika-matematika fakulteti nazariy fizika kafedrasi

dN( *(
Bu yerda dN0 — sochilish nuqtasidan r masofada dΩ fazoviy burchakka to’g’ri kelgan va θ burchak ostida sochilgan α – zarralarning soni; θ — alfa zarraning sochilishdan oldingi va keyingi yo’nalishi o’rtasidagi burchak, N0 — sochuvchi yaproqcha tushayotgan dastadagi α - zarralar soni, l — sochuvchi yaproqcha qalinligi, n0 — sochuvchi moddaning 1 sm3 dagi yadrolari soni, mα va Vα — mos ravishda zarraning massasi va boshlang’ich tezligi. Rezerford formulasining alohida xususiyati shundaki, u α - zarralarning sochilgan qismi sochilish burchagi yarmisi sinusining to’rtinchi darajasiga va α – zarralar energiyasining kvadratiga teskari proporsional ekanligini ko’rsatib beradi. Tajribalar α – zarralarning og’ir elementlarda sochilishi uchun Rezerford formulasining to’g’riligini tasdiqladi. α – zarra to’qnashganda yadroning, siljishini hisobga olganda bu nazariya yengil elementlarda α – zarralarning sochilishiga oid tajriba natijalarini ham to’g’ri tushuntiradi. (2) dan ko’rinishicha,
Demak, A o’zgarmas θ burchakka bog’lik emas. Bu esa Rezerfordning α –
zarralar moddadan o’tayotganida musbat zaryadli og’ir zarralardan kulon kuchi
ta’sirida sochilib o’z yo’lini o’zgartiradi degan dastlabki taxmini to’g’ri
ekanligini isbotlaydi. Kulon qonuni α – zarralar bilan sochuvchi yadro orasidagi
masofa 10-12 sm bo’lganga qadar to’g’ri ekanligi ham tajribadan aniqlandi. Demak,
atom markazidagi musbat zaryadlangan og’ir massa (yadro) atomning nihoyatda
kichik hajmini ishg’ol etar ekan.
Fundamental o’zaro ta’sirlar. Hozirgi vaqtda 400 ga yaqin elementar
zarralar ma’lum. Ularning asosiy xususiyatlaridan biri — o’zaro o’zgarishga
qobilligidir. Zarralar nihoyatda ko’p elastik va noelastik sochilish jarayonlarida
hamda juda ko’p tug’ilish va parchalanish reaksiyalarida ishtirok etadi. Bunday
ko’p turli xil aylanishlarni faqatgina 3 tipdagi fundamental o’zaro ta’sir
boshqaradi. Ularni fizik jarayonlar va hodisalarning belgisi deb ham qarash
mumkin.
1. Kuchli o’zaro ta’sir adronlar deb ataluvchi zarralarga xos. Masalan,
proton va neytron ular qatoriga kiradi. Kuchli o’zaro ta’sirning eng ma’lum
ko’rinishi — yadro kuchlaridir.
2. Elektrokuchsiz o’zaro ta’sir deyarli hamma zarralarga xos.
Zarralarning nisbatan sekin parchalanishlari va boshka sekin o’tadigan jarayonlar
shu o’zaro ta’sir tufayli bo’ladi. Kuchsiz o’zaro ta’sirning asosiy ko’rinishlaridan
biri — atom yadrolarining beta – parchalanishidir.
3. Gravitatsion o’zaro ta’sir universal bo’ladi. Koinotdagi hamma zarra
va jismlar unda ishtirok etadi. Ularning tezlanishi «gravitatsion zaryadga», ya’ni
massaga bog’lik emas.
Har qanday o’zaro ta’sirni uchta parametr bilan tavsiflash mumkin:
intensivlik, ta’sir radiusi va uning elementar akti amalga oshiriladigan oraliq vaqt.
Ularning kiymatlari 1-jadvalda keltirilgan va qisqacha ta’riflangan. To’liqlik uchun
unda har bir o’zaro ta’sirning mexanizmi kursatilgan. O’zaro ta’sir tufayli
yuz bergan jarayonlarni elementar aktlarga bo’lish mumkin. Bu aktlar orqali shu
mexanizmlar aniqlanadi.
|
O’zaro ta’sir
|
Mexanizm
|
Intensivlik
|
Ta’sir radusi
|
Xarakterlari
Vaqt. T.s
|
1
|
Kuchli
|
Glyuonlar
|
0,1 - 10
|
10-15
|
10-23
|
2
|
Elektromagnit
|
Fotonlar bilan almashlash
|
1/137
|
|
~10-20
|
3
|
Kuchsiz
|
O’zaro bozonlar bilan almashlash
|
~10-30
|
~10-18
|
~10-13
|
4
|
Gravitatsion
|
Graviton bilan almashlash
|
10-18
|
|
|
Har qanday atomda elektronlar bir-biri va yadro bilan amalda elektromagnit kuchlar orqali bog’langan, shu sababli atom fizikasida faqat elektromagnit o’zaro ta’sirini hisobga olish lozim. Yadroda nuklonlar yadro kuchlari yordamida bog’langan, protonlar orasida elektromagnit kuchlari ham ta’sir qiladi. Bundan tashkari yadro kuchlari va β-jarayonlar uchun javobgar bo’lgan kuchsiz o’zaro ta’sir tufayli yadrolar turli o’zgarishlarga uchraydi. Shuning uchun yadro fizikasida gravitatsion ta’sirdan tashqari barcha fundamental o’zaro ta‘sirlarni hisobga olish lozim. Bu yadro fizikasini bir tomondan, juda mazmunli, ikkinchi tomondan esa, juda murakkablashtiradi.
Yadro fizikasidagi atamalar va kattaliklar o’lchami Atom yadrosining mavjudligini ko’rsatgan E. Rezerfordning, neytronni kashf etgan J. Chadvikning ishlaridan boshlab barcha tajriba natijalari atom yadrosi nuklonlar deb ataluvchi protonlar va neytronlardan iboratligini ko’rsatdi. Yadro nuklonlar sistemasidan iborat. Yadrodagi nuklonlar, amalda, o’ziga xos xususiyatga ega. Darhaqiqat, ularning yadrodagi bog’lanish energiyasi elektronlarning atomdagi bog’lanish energiyasidan ancha katta (proton uchun — 8 MeV, elektron uchun 10— 100 KeV). Lekin bu energiya nuklonlarning tinch holatdagi energiyasi — MN≈103 MeV ning bir foizdan kamini tashkil etadi. Yadroda nuklonlarni bog’lab turuvchi tortishish kuchlari kuchli o’zaro ta’sir deb atalgan ta’sirlarga tegishli bo’ladi. Bundan tashqari nuklonlar orasida elektromagnit kuchlar ta’sir etadi, shuningdek, yadrolarning beta-parchalanishida yuzaga keluvchi kuchsiz uzaro ta’sir mavjud. Yadro strukturasi uchun elektromagnit va kuchsiz o’zaro ta’sirlar juda katta rol o’ynamaydi, lekin ular turli yadroviy jarayonlarni o’rganishda muhim o’rin tutadi. Jumladan, ular orqali yadroning nuklonlar chiqara olmaydigan bog’langan holatlarining turgunligi aniqlanadi. Bunday holatlar faqat kuchli o’zaro ta’sirlar bo’lganidagina turg’un bo’ladi. Kuchsiz va elektromagnit o’zaro ta’sirlar bo’lganligidan bog’langan holatlar beta-zarralar va gamma-nurlanishga nisbatan turg’un bo’lmaydi. Yadro strukturasini ko’rib chiqishga o’tishdan avval yadro fizikasida uchraydigan kattaliklarning tartibini tasavvur qilish, unda qo’llaniladigan birliklarni aniqlab, o’quvchilarni yadroviy hodisalar tavsifida ishlatiladigan atamalar bilan tanishtirish maqsadga muvofiqdir. Yadro fizikasida juda kichik masofalarda kechadigan jarayonlar mavjud. Yadro o’lchami taxminan 10-13 — 10-12 sm ni, protonlar va neytronlarniki esa, 10-13 sm ni tashkil etadi. Protonlar, neytronlar va boshqa ko’pgina elementar zarralar orasidagi ta’sir radiusi ham ana shu kattalik orqali belgilanadi. Kuchli o’zaro ta’sir esa, qisqa ta’sir radiusiga ega. U atom o’lchamlari (10-8 sm) dagi masofalarda haddan tashqari kichik bo’lib, taxminan 10-13 sm lik yadro masofalarida esa, juda kuchayadi Yadro fizikasida energiya birligi sifatida elektronvolt (eV) va uning ko’paytmalari kiloelektronvolt — 103 (KeV), megaelektrovolt— 106 (MeV), gigaelektronvolt— 109 (GeV) olingan. 1 eV deganda 1 V potensiallar farqi ta’sirida tezlatilgan elektronning olgan energiyasi tushuniladi, ya’ni 1 eV=1,6∙10-19 J. 1 eV = 1,6∙10-19 J = 1,6∙10-2 erg. Yadro fizikasi sohasida mega-elektron volt tartibidagi energiya ko’prok uchraydi. Masalan, yadrodan bitta nuklonni ajratib olish uchun taxminan 8 MeV energiya sarflanadi. Elektronvolt tartibidagi energiya atom tizimlari uchun xarakterli, atom yadrolarining uyg’onish (qo’zg’alish) energiyalari mega elektronvoltning o’ndan birlaridan tortib to bir nechtasigacha bo’ladi, gigaelektronvolt tartibidagi energiya esa, elementar zarralar sohasiga tegishlidir. Nuklonlar va yadrolarning massa va impulslari ham energiya birliklarida, ya’ni yorug’lik tezligining, mos holda, kvadrati va birinchi darajasiga bo’lingan megaelektronvoltlarda ifodalanadi. Bu birliklarni tushuntirish uchun erkin zarraning to’la energiya (E) si, massa (t) si va impuls (r) ini bog’lovchi maxsus nisbiylik nazariyasining formulasiga murojaat qilish lozim:
+
Bu formuladan ko’rinishicha, zarraning to’la energiyasi ikki qismdan iborat: xarakatga bogl’ik bo’lmagan tinch holdagi energiya (m0c 2 ) va zarra impulsi (mc) ga bog’lik energiya. Agar zarra tinch holdagi energiyaga ega bo’lmasa, u holda (4)
|