Қарапайым бөлшектердің əсерлесу түрлері
1933 жылы Ф.И.Жолио-Кюри керi процесс – атом ядросының маңындағы гамма кванттан электрон-позитронның тууын байқады. Энергияның сақталу заңы бойынша мұндай гамма-кванттың энергиясы электрон мен позитронның тыныштық энергияларының қосындысынан артық болуы керек.
Антибөлшектерден атом құралуы мүмкiн. Мысалы антисутегiнiң атомында терiс зарядталған антипротонның маңында оң зардталған позитрон қозғалып жүредi. Элементар бөлшектердiң кестесiнде өмiр сүру 10-20 с-тан артық болатын элементар бөлшектер жөнiнде деректер келтiрiлген. Ол жердегi бөлшектер олардың массаларының өсу ретiмен келтiрiлген. Мұндағы жеңiл бөлшектер лептондар, ал одан ауырырақтары мезондар, ал ең ауырлары бариондар деп аталады. Мезондар мен бариондар адрондар деп аталатын топқа кiредi. Бұл кестедегi топтардың еш қайсысына кiрмейтiн фотон ерекше тұр.
Табиғаттағы барлық заттар, бөлшектер бiр-бiрiмен әсерлеседi. Бiр қарағанда осындай сан-алуан болып келетiн әсерлесулер негiзiнен iргелi әсерлесу теп аталатын төрт түрлi әсерлесудiң нақтылы жағдайда көрiнiс табуы болып табылады. Iргелi әсерлесуге гравитациялық, электромагниттiк, күштi және әлсiз әсерлесулер жатады.
Гравитациялық әсерлесу 1687 жылы И.Ньютон ашқан бүкiл әлемдiк тартылыс заңымен анықталады. Гравитацилық күштер кез-келген денелердiң арасында әсер етедi. Бiрақ массалары өте аз болғандықтан элементар бөлшектердiң арасында бұл күш ешқандай роль атқармайды. Бұл күш аспан механикасында, астрофизикада шешушi роль атқарады. Кез-келген зарядталған дене немесе бөлшек электромагниттiк әсерлесуге қатысады. Атомдардың, молекулалардың кристаллдардың болуы газ, сұйық және қатты денелердiң қасиеттерi осы күштiң негiзiнде анықталады. Күштi әсерлесу мезондар мен бариондарға, яғни адрондарға тән. Лептондар мен фотон күштi әсерлесуге қатыспайды. Ол қысқа аралықта ғана, шамамен 10-15 м, әсер етедi. Бұл аралықтағы оның мәнi гравитациялық және электромагниттiк күштермен салыстырғанда өте үлкен. Әлсiз әсерлесуге фотоннан басқа кез-келген бөлшек қатысады. Бұл күштердiң әсер ету аймағы 10-18 м. Әлсiз әсерлесудiң мысалдары нейтронның, мюонның және зарядталған пиондардың төмендегi ыдыраулары. Қазiргi заман физикасының ең күштi теориялары кванттық механикада, кванттық электродинамика мен кванттық хромодинамикада бөлшектердiң өзара әсерлесуi олардың арасында болатын бөлшек алмасу арқылы түсiндiрiледi. Осы тұрғыдан алғанда электромагниттiк әсерлесу ол бөлшектер арасында фотонның алмасуы арқылы, ядролық күштер нуклонның арасында пи-мезондардың, ал жалпы күштi әсерлесу бұл өрiстiң кванттары глюондардың алмасуы, әлсiз әсерлесу өте ауыр бөлшектер W+, W– және Z0 векторлық мезондардың алмасуы арқылы түсiндiрiледi.
Қарапайым бөлшектер əлемінде құбылыстар əртүрлі қарқынмен өтеді. Осыған байланысты қарапайым бөлшектер арасындағы əсерлесулерді бірнеше түрлерге бөледі:
а) күшті (ядролық) əсерлесу;
ə) электромагниттік əсерлесу;
б) нəзік (əлсіз) əсерлесу;
Барлық
қарапайым бөлшектерге гравитациялық
тартылыс күші əсер етеді, оның сызықтық
өлшемі
,
ал энергиясы
эВ.
а)
Күшті əсерлесу ядролық əлемдегі ең
үлкен қарқынмен
өтетін
күш ретінде саналады. Олар қарапайым
бөлшектер
арасында
күшті байланыс туғызады. Күшті əсерлесуде
атом
ядроларындағы
нейтрондар мен протондар π
– мезондар, К -мезондар, гиперондар
арасында ядролық күш əсер етіп оларды
біріктіріп,
олардың беріктілігін қамтамасыз етеді.
Жоғарыда
айтылған
бөлшектер адрондар əулетіне жатады.
Күшті əсерлесу
табиғаттағы
іргелі күштердің біреуі ретінде
адрондардың өзара
əсерлесуін
шашыратпай ұстап тұратын күш түрінде
танылды.
Қазіргі кезде қарапайым деп есептелетін
бөлшектер адрондар - кварктардан тұрады.
Кварктар құрылымсыз нүктелік
бөлшектер.
Осы адронаралық əсерлесулер мен адрондардың беріктігін түсіндіретін теория - күшті əсерлесу теориясы кванттық хромодинамика деп аталады.
ə)
Ал енді электромагниттік əсерлесу
кезінде өтетін құбылыстар күшті
əсерлесуден аздау жəне ол қамтамасыз
ететін байланыстар əлсіздеу болады. Ол
күштер атом мен молекулалардағы
электрондардың байланыстарын қамтамасыз
етеді. Электромагниттік əсерлесудің
күшті (ядролық) əсерлесуге қарағанда
энергиясы 100 есе кем, ал нəзік жəне
гравитациялық əсерлесулерге қарағанда
жəне
есе артық. Электромагниттік əсерлесуге
созылатын уақыт
күшті əсерлесуге созылатын уақыт 1
,
ал нəзік əсерлесуде созылатын уақыт
шамасы.
Электромагниттік əсерлесудің күшті жəне нəзік əсерлесулерден айырмашылығы - оның уақытының ұзақтық өлшемі.
Электромагниттік əсерлесу заттардың агрегат күйлерін, химиялық құбылыстарын анықтайды.
Электромагниттік əсерлесуді электротехникада, радиотехникада, электроникада, оптикада, кванттық электроникада кеңінен қолданылады.
Электромагниттік əсерлесудің теориясы кванттық электродинамика өрісінің ең дамыған бөлігі болып табылады. Кванттық электродинамиканың көмегімен электрон, позитрон, мюондар қатысатын құбылыстарды кез келген дəлдікпен есептеуге болады.
Электромагниттік əсерлесудің ең қарапайым түрі – фотонның зарядсыз құрылымының фермионмен əсерлесуі. Электромагниттік өрістің
зарядпен
əсері
мөлшерсіз
электр заряды деп аталады; мұндағы а
–әсерлесу
тұрақтысы,
б)
Нəзік (əлсіз) əсерлесу барысында баяу
өтетін құбылыстар орындалады. Мысалы,
əлсіз əсерлесетін нейтрин Жерді немесе
Күнді жеңіл тесіп өте алады. Нəзік
əсерлесу кейбір «орнықты» қарапайым
бөлшектерді ыдыратады. Ондай бөлшектердің
өмір сүру уақыты
,
ал күшті əсерлесуде
болады.
Əлсіз
əсерлесуге барлық (фотоннан басқа)
қарапайым бөлшектер (адрондар да,
лептондар да) қатысады. Əлсіз əсерлесуге
тікелей қатыспайтын бөлшектер - кварктар
мен лептондар. Тəжірибелерде əлсіз
əсерлесу аралығы өте қысқа
.
Əлсіз əсерлесуде жұптылық сақталмайды.
Əлсіз əсерлесуді электромагниттік
əсерлесу сияқты векторлық бозонның
əлсіз токпен əсерлесуі түрінде қарастыруға
болады.Əлсіз əсерлесу бозонына үлкен
масса сəйкес келеді.