§8.13 Кварктар

Қарапайым бөлшектер дамуының үшінші кезеңіне жататын кварктарға тоқталайық.

XX ғасырдың 60-жылдарына дейін қарапайым деп жүрген барлық бөлшектер осы атауға лайық па деген күдік туған болатын. Оның туу себебі- ондай бөлшектер тым көбейіп кетті.

Осы кезге дейінгі белгілі қарапайым бөлшектердің зарядын да кіші заряды бар бөлшектер болуы мүмкін. Осындай бөлшектің болу мүмкіндігі туралы идеялар туды. Ол кварк деп аталды. Оның заряды электрон зарядынан кем,яғни электрон зарядының бір үлесіне тең болуы мүмкін. 1964 жылы Гелл Ман және Дж Цвейг ұсынған модель өзара күшті әсерлесетін, кванттық саны – бөлшек болып келетін үш бөліктен тұратындығы туралы гипотеза ұсынды. Олар β-барионды заряд, Z- қыңырлық (0;±1), S-ерекшелік заряд (0;±1;±2), Т –изотопты заряд(0±1/2±1) γ-гипер зарядқа ие болады.

Сонымен қазіргі кезде кварктардың нақты бар екендігіне ешкім де күмәнденбейді, дегенмен олар бос күйінде әлі де білінген жоқ. Негізінен кварктардың электр зарядтары U,d,S әріптермен белгіленеді. d,S –кварк оның заряды + е ал d мен S- кварктердің заряды -ге тең, бірдей зарядтары бар. Протон екі U-кварктан және бір d-кварктан тұрады т.с.с. Бөлшектерде (каондар мен гиперондар) «қыңырлық» деп аталатын ауырырақ S кварк бар. Нейтронда екі d –кварк, бір U-кварк бар. «Ғажайып» деп аталатын төртінші С кварктың бар екендігі болжанған, эксперимент бойынша, сол кварк бар бөлшектер табылған С кварктың массасы S кварктың массасынан артық. Кейінірек олардан да ауырлау bжәне t кварктар алдын-ала болжанып артынан ашылған болатын. t кварктарды нағыз,шын, ал b кварктарды сұлу әсем деп атады. Сонымен қатар антибөлшектер- антикварктардан тұрады.

Мезондар құрылысында әрбір мезон бір кваркпен бір антикварктан тұрады. Мысалы U-кваркпен d-антикварктан тұрса, мезон d-кваркпен -антикварктан тұрады т.с.с. Бұл бөлшекті гипотетикалық кварктер деп атайды.

Жүйедегі нуклондардан тұратын В-барионды заряд, нуклондар санына тең (массалық санға). Қарапайым бөлшектің Z-электрондық заряды(электрон бөлігіндегі) 0;±1 мәнді қабылдайды.

Қарапайым бөлшек үшін S-қыңырлықтың қабылдайтын мәндері 0;±1;±2:..;

Т-изотоптық спин, қабылдайтын мәндері 0;1/2;1;

-изотроптық спиннің 𝜺-осіндегі проекциясының қабылдайтын мәні 0; ±1/2;±1;…

γ-гипер заряд,

Гелл − Ман гипотезасына сәйкес келетін кварктың қабылдайтын кванттың саны 4-кестеде көрсетілген.

4-кесте

Кванттық сан	кварк
B	1/3	1/3	1/3
Z	2/3	-1/3	-1/3
T	1/2	1/2	0
	1/2	-1/2	0
S	0	0	-1
	1/3	1/3	-2/3

Кестеде көрсетілген үш кварктың үш антикваркі болуы тиіс.

§8.14 Ғарыштық сәулелер

Әлемдік кеңістіктен Жерге энергиясы үлкен бөлшектер келіп жететіндігі көптеген бақылаулардан бізге мәлім. Мысалы: Вильсон камерасы арқылы қарастырғанда бұл бөлшектердің зарядтары оң және теріс болатындығы анықталды. Яғни қуатты үдеткіштер жасалғанға дейін космостық сәулелер осындай зарядталған бөлшектер екендігі белгілі болды, оларға мезондар мен гиперондар жатады. Олай болса оң, теріс мезондар,

π-мезондар, электрон және позитрондар (е^-; е⁺), ауыр бөлшектер нуклондар мен гиперондар космостық сәулелер құрамында болады.

Ғарыштық сәулелер бірінші және екінші ретті ғарыштық сәулелер болып бөлінеді. Бірінші ғарыштық сәулелер үздіксіз Жер бетінекелетін жоғарғы энергиялы (10эв) атом ядросының (негізінен протон) ағыны.

Зарядталған бөлшектер, атом ядросына жақын өткенде үдей қозғалады және қатты γ-сәулесін шығарады, сондықтан ғарыштық сәулелерді түзетін бөлшектер ішінде жоғарғы энергиялы γ - фотондар байқалады. Ғарыштық сәулелерде электрондар, позитрондар және γ-фотондар жұмсақ компоненттер түзеді, яғни олар затта салыстырмалы түрде өте жылдам жұтылады. Мысалы қалыңдығы 10 см қорғасында негізінен жұмсақ компоненттер жұтылады. Бұл сәулелер атмосфераның жоғарғы қабатындағы атом ядроларымен соқтығысуы серпімді емес, осы соққы нәтижесінде екінші ғарыштық сәулелер пайда болады. 20 км-ден төменгі биіктіктегі ғарыштық сәулелер толығынан екінші ғарыштық сәуле болып есептеледі. Атмосфералық қабаттың шекарасында (~50 км биіктікте) бірінші ғарыштық сәулелердің интенсивтігі құрайды. Теңіз деңгейіне келіп жеткен зарядталған бөлшек ағыны ~ . Ғарыштық сәуле интенсивтігі жердің магнит өрісінде енділікке байланысты өзгереді. Бұл құбылыс, енділік эффектісі деп аталады.

Жұмсақ компонент электронпозитрондық жұп құрайды. Нәтижесінде -мезон ыдырағанда немесе жылдам электронды жедел тежегенде, γ-фотон атом ядросына жақын ұшып бара жатып, электрон-позитронды жұп құрайды. Осы бөлшекті тежеу тағыда

γ-фотондар түзеді т.б. Бұл процесс γ-фотон энергиясы жұп түзуге жетпейтіндей болғанға дейін жүреді.

Ал мезондар ішіндегі -мезондарды қарастырсақ, ол осындай қалындықтағы қорғасыннан еркін өтеді, яғни қадалу қабілеті өте үлкен болады. Сондықтанда -мезондар ғарыштық сәулелердің ішіндегі қатты компоненттер деп аталады. Қатты компонентті ғарыштық сәулелер негізінен мюондардан құралады. Ол атмосфераның жоғарғы және ортаңғы қабатында зарядталған -мезондар ыдырау әсерінен пайда болады.

Зарядталған бөлшектер магнит өрісінде ауытқитын болғандықтан, ғарыштық сәулелерге Жердің магнит өрісі әсер етеді. Сондықтан ғарыштық сәулелердің көпшілігі полюске шоғырланады, ал экваторда аз мөлшерде болады. Бөлшектердің энергиясы аз мөлшерде болса, онда оны енділік эффектісі деп атайды.

Стратостатпен ғарыш кемесінің (зымыран) жәрдемімен ғарыштық сәулелерді зерттегенде, ғарыштық сәулелердің интенсивтігі биіктіктің өсуіне байланысты алғаш жедел өседі, одан соң тұрақты мәнге жеткенге дейін кемиді (8.1-сурет).

8.1-сурет

Жер атмосферасынан жоғарыда (әрі)ғарыш сәулелері негізінен жоғарғы энергиялы бөлшегінен және ауыр элементтердің ядросынан құралады ( =4 ниобияға дейін). Ғарыштық сәулелерді зерттеу мүмкіндігі, Совет одағындағы Жердің жасанды серігі ұшырылғаннан бастап тез өсті. Қазіргі кезде ғарыштық сәулелердің пайда болуы және олардың, үлкен энергияға ие болуы туралы мынадай болжамдарды пайдаланады. Жұлдыздың электромагниттік өрісінде де зарядталған бөлшектің үдей қозғалуына байланысты ғарыштық сәулелер өте үлкен энергияға ие болады. Яғни жұлдыздардыңда Күн немесе Жер сияқты магнит өрісі болады, ол айнала қозғалғанда құйынды электромагнит өріс пайда болады, сол өрістің әсерінен зарядталған бөлшек үлкен энергияға ие болады. Мысалы, Күнде осындай бөлшектен ие болатын энергиясы 10⁸ эв.