зара рекеттесу трлері жне элементар блшектер кластары.
Баяндама
Таырыбы:Элементар блшектер
Тексерген: Курмангалиева В. О.
Орындаан: Данкенова Ф. Г.
1. Кіріспе:
1.1. Элементар блшектер туралы тсінік
2. Негізгі блім:
2.1. Элементар блшектерді негізгі асиеттері
2.2. Элементар блшектерді зара серлесу трлері
2.3. Элементар блшектерді топтастырылуы
2.4. лы біріктіру теориясы туралы ым
3. орытынды
Длірек айтатын болса, элементар блшек деп алашы, рамды бліктерге блінбейтін микрообъектерді айту керек. Бірата, элементар блшектер туралы айтанда ядролы физиканы жне элементар блшектер физикасыны арынды даму динамикасын ескеру ажет. Тіпті, жаында ана нуклондар,электрондар жне фотондар элементар блшектер саналатын еді.
Кейінгі зерттеулер протон жне нейтрон, жалпы барлы адрондар сияты рамды блшектер болып табылатындыын крсетті. Блар іргелірек блшектер – кварктардан трады.
азіргі уаытта дстр бойынша элементар блшектер деп барлы субъядролы блшектер жатызылады, біра бларды кпшілігі осы сзді бастапы маынасында элементар емес болып табылады.
азіргі уаытта 500-ге жуы элементар блшектер белгілі. Бларды атарына протон, нейтрон, электрон жне фотонмен оса -мезондар, мюондар, -лептондар, нейтрино, -мезондар, гиперондар, резонанстар жне барлы антиблшектер кіреді. Осы блшектерді кпшілігі орныты емес, олар баса блшектерге трленіп, спонтанды ыдырайды.
Орныты блшектерге, яни осы уаыта дейін бларды ыдырауы эксперименттік байалмаан блшектерге, фотон, электрон, нейтриноны барлы трлері (е электронды, мюонды жне – лептонды ), жне де бларды антиблшектері жатызылады.
Сонымен, азіргі заман кріністері бойынша, брын бірттас деп саналып келген субъядролы элементар блшектер дегейі, шын мнінде екі дегейге блінеді. Адронды деп аталатын бларды жоарысы рамды блшектерден трады.
Е тменгі дегейде ылым мен техниканы азіргі кйінде наыз элементар деп саналатын, яни саыра рамды бліктерге блінбейтін блшектер орналасан. Бларды іргелі блшектер деп те атайды. Осы дегейде электрон (жне де баса мезондар), фотон (жне баса серлесулерді тасымалдаушылар), жне де кварктар орналасады.
Элементар блшектерді негізгі асиеттері. Элементар блшектерді массалары мен млшерлері аса кіші шамалар болады. Бларды кпшілігіні массаларын 
кг протон массасымен салыстыруа келеді. Элементар блшектер физикасында массаны электрон-вольтта рнектеу, яни блшекті m0 массасы орнына 
тынышты энергиясыны мнін келтіру абылданан. Осы бірлікерде протон массасы 
болады. Тынышты массасы нл емес барлы блшектер ішінен елеулі кіші (1836 есе) масса тек электрондікі 
кг немесе 
МэВ. азіргі уаытта табылан е блшек – Zo– бозонны массасы протон массасынан 100 есе арты: 
.
Протон, нейтрон, -мезон жне баса адрондарды млшерлері зара шамалас жне реттік шамалары 10-15 м райды. Электрон жне мюонны азіргі уаытта млшерлері аныталмаан, біра олар 10-19 м-ден кіші, яни 
м.
Барлы элементар блшектерді е маызды квантты асиеттеріні бірі баса блшектермен зара рекетінде осыан біріне- бірі зара трленіп пайда болып жне ыдырау абілеті болып табылады. Осы жадайда блшекті ыдырау німдері ыдырау процесіні зінде ана пайда болады. Мысал ретінде электрон – позитронды жпты пайда болуын арастырайы. Осы жптар 
энергиясы бар фотондарды зарядталан блшектермен, детте атомды ядролармен сотыысанда тзіледі:
мнда Х атомды ядро, ол импульсті саталу заы орындалу шін ажет. Атап тетін нрсе, ол электрон мен позитрон жбыны пайда болу процесінде ана алынады. Бана дейін олар тіпті болмаан, олар фотонны немесе атомды ядроны рамына да кірмеген.
Элементар блшектерді маызды сипаттамаларына жне орташа мір сру уаыты, спин, электр заряды, магниттік моменті жатады. Таы да лептонды жне барионды заряд бар.
Элементар блшектерді орташа мір сру уаыты блшекті орнытылыын сипаттайды. Фотон, электрон, протон жне нейтриноны барлы ш трі орныты, бларды антиблшектері де орныты. Бл эксперименттерден белгілі. Осы блшектерді ыдырауы осы уаыта дейін байалмаан.
Электрон мен протонны эксперименттен алынан мір сру уаытын баалау нтижелері:
жыл,
жыл.
Бірата элементар блшектерді басым кпшілігі орныты емес, олар здігінен баса блшектер пайда болып ыдырайды. Мселен, нейтрон орныты емес. Еркін нейтронны орташа мір сру уаыты 
.
Орташа мір сру уаытыны реттік шамасы 10-6, 10-8, 10-10, 10-13 с жне т.т. болатын элементар блшектерді топтары болады. Е орнысыз (ыса мір сретін) блшектер шін 
с.
Элементар блшектерді маызды асиеті іс жзінде рбір блшекке зіні антиблшегі сйкес келеді.
Антиблшектерді болатындыын 1930 ж. П. Дирак болжап айтан. Теория бойынша, блшек пен антиблшекті массалары, мір сру уаыты жне спині бірдей болуы тиіс. Бл экспериментте те дл расталады. Баса сипаттамалары мысалы, электр заряды жне магниттік моменті модульдері бойынша те, біра табалары бойынша арама – арсы.
Блшек пен антиблшек мысалдары:
Электрон е- - позитрон е+,
Протон р – антипротон 
,
Нейтрон n – антинейтрон 
.
Блшектер мен антиблшектер рашанда электр зарядтарыны табаларымен згешеленеді. Нейтрон n – антинейтрон ос блшекті магниттік моенттеріні жне барионды зарядтарыны табалары ртрлі болады.
Барлы зарядтары (электрлік, лептонды жне барионды) нлге те болатын блшектер болады. Осындай блшектер наыз бейтарап деп аталады, олар здеріні антиблшектерімен тебе – те. Осындай блшектерге фотон, о- жне -мезондар жатады.
Блшектер зіні антиблшегімен сотыысанда блар аннгилиляциялана алады. Мысалы, электрон мен позитрон бір – бірімен кездескенде, – сулені екі фотоны пайда болып, аннигиляцияа тсе алады:
«Аннигиляция» термині жойылу дегенді білдіреді, біра оны дл осылай тсінбеу керек. Осы процесте материяны ешандай жойылуы болмайды. Оны бір трі – зат (электрон мен позитрон) – баса трге – электромагниттік ріске (фотон) ауысады. Осы жадайда энергияны саталу заы орындалады. Электрон мен позитронны тынышты энергиясы суле энергиясына айналады.
Элементар блшектерді зара серлесу трлері.
азіргі уаытта элементар блшектер арасындаы серлесуді трт трі белгілі: кшті, электромагниттік, лсіз жне гравитациялы. серлесу интенсивтігін детте А серлесу тратысы деп аталатын лшемділіксіз параметрмен сипаттайды. Блшектерді серлесетін кші А серлесу тратысына пропорционал болады, ал серлесу ытималдыы А2 – а пропорционал болады. Іргелі серлесулерді р трлері шін А траты мндері кестеде келтірілген. Мнда жне кштерді рекет ету радиустары жне берілген серлесу трі салдарынан ыдырайтын блшектерді орташа мір сру уаыты (ыдырау уаыты) келтірілген.
| серлесу трі | А серлесу тратысы | Кштерді рекет ету радиусы r, м | Ыдырау уаыты ,с |
| Кшті | 10-15 | 10-23 | |
| Электромагниттік | 10-2 | 10-16 | |
| лсіз | 10-6 | 10-18 | 10-8 |
| гравитациялы | 10-38 | - |
А тратысы кшті серлесу шін шартты трде бірлік ретінде алынан, серлесуді баса трлері шін тратылар кшті серлесуге атысты аныталады.
Элементар блшектерді топтастырылуы. Элементар блшектерді детте трт топа бледі. Бірінші топты серлесуді тасымалдаушылар райды. Екінші топты лептондар, шінші – мезондар жне тртінші – бариондар райды.
| зара еркеттерді тасымалдаушылар | Лептондар | адрондар | ||
| мезондар | бариондар | |||
| нуклондар | гиперондар | |||
,  , Zo, глюондар
| е, , , е, , | , , жне резонанстар | p, n | , , , жне резонанстар |
зара рекеттерді тасымалдаушыларына фотон, жне Zo – бозондар, жне де глюондар жатады. Фотон электромагниттік зара рекеттесу тасымалдаушысы болып табылады, ал жне Zo – бозондар лсіз зара рекеттесуді тасымалдайды.
Глюондар кшті рекеттесуге жауап береді.
Лептондар. Лептондар (кне гректі - жеіл) деп кшті серлесуге атыспайтын, спині ½- ге те, элементар блшектерді айтады, яни лептондар – фермиондар. Лептондара электрон е-, мюон -, – лептон, нейтриноны барлы трі (е электронды, – мюонды, - лептонды), жне де бларды антиблшектері жатызылады.
Барлы лептондар лсіз серлесуге атынасады. Электрлік заряды бар лептондар (электрондар, мюондар жне - лептондар) лсіз серлесумен атар, электромагниттік серлесуге де атысады.
Мезондар. Кшті серлесуге атысатын элементар блшектер адрондар деп аталады. Адрондар з кезегінде екі топа: мезондар жне бариондара блінеді.
Мезондар (кне грекше – орташа, аралы) деп нлдік немесе бтін санды спинге ие адрондар осылай аталады. Бларды атарына -, -, -мезондар, жне де мезонды резананстар, яни мір сру уаытыны реті 10-23 с мезондар жатады. Барлы мезондар – бозе-блшектер болып табылады. Мезондар кшті электромагниттік (егер электр заряды болса) жне лсіз серлесуге атысады.
Бариондар. Бариондар (кне грекше - ауыр) деп бтінні жартысына те спинге ие адрондарды айтады. Бариондарды е жеілі протон. Барлы бариондар ферми-блшектер болып таылады.
Бариондара нуклондар (протн жне нейтрон), гиперондар жне барионды резонанстар жатады.
Протоннан баса барлы бариондар орнысыз. Олар нуклондара жне жеіл блшектерге ыдырайды.
Кварктар. Іргелі жорамал блшектер. азіргі заман тсініктері бойынша барлы белгілі адрондар кварктардан трады.
Кварктарды спині ½-ге те ( 
бірлігінде), йткені тек фермиондардан фермиондарды да (ферминдарды та санынан), бозондарды да (фермиондарды жп санынан) «растырып» алуа болады.
Кварктара электрлік жне барионды блшек зарядтар таылады.
Лептондар, адрондар. Кварктер.. Блар бгінгі кнгі физиканы жне астрофизиканы негізгі мселелері туралы ым.
зара рекеттесу трлері жне элементар блшектер кластары.
Элементар блшектерді бгінгі кнгі физика дамуыны дегейі бойынша оларды ішкі рылысы баса блшектерден трады деп арауа болмайтын микроблшектер.
Элементар блшектерді зара рекеттесуіні 4 трі белгілі: кшті зара, электромагниттік, лсіз зара, гравитациялы рекеттесулер. 30.1-кестеде зара рекеттесуге тн тратыларды шамалары жне берілген зара рекеттесудегі ыдыраан блшектерді орташа мір сру уаыты келтірілген.
Кесте
| зара рекеттесулер | i | R,м | , с | Саталу задары | атысушы-лар* | Тасушылар | згереді тс Аро- мат |
| S E W G | ~1 ~10-2 ~10-10 ~10-38 | 10-15 ~10-18 | ~10-23 ~10-20 ~10-13 ? | Брі Брі, Т д. б. p,E,Jд.б. q,B,Lд.б ? | q(H) q(H),± W± q(H), брі | gi(i=1...8) W± G | + - - - - + ? ? |
Белгілер: S – кшті, Е – электромагниттік, W – лсіз, G –гравитациялы
q – кварктер, H – адрондар, - лептондар.
1 кесте бойынша ашан жне андай жадайларда зара рекеттесулерді айсысы басыы болатынын тсінуге болады. Мысалы, гравитацилы зара рекеттесуді серлік радиусы шексіз, универсалды зара рекеттесу, біра микромир процестерінде рекеттесу интенсивтілігі е лсіз боландытан, белгілі сері жо.
Элементар блшектерді негізгі 3 класаблуге болады:
Бірінші класа тек бір ана блшек кіреді –фотон. Ол –электромагниттік суле шыару кванты.
Екінші класа лептондаркіреді. Олар электромагниттік жне зара лсіз рекеттесуде атысады. Олар-нейтрино, электрон, мюон, таон (-лептон) жне оларды антиблшектері.
шінші класа адрондар кіреді. Олар электромагниттік жне лсіз рекеттесуден баса, кшті зара рекеттесе алады- протон, нейтрон, пиондар жне каондар.
зара рекеттесуді барлы трлері шін энергияны, импульсты, импульс моментіні жне электрлік зарядты саталу задары орындалады. Кшті зара рекеттесулерде изотопты спинні саталу заыорындалады.
Антиблшектертуралы гипотезаны 1928 ж П. Дирак айтты. 4 жылдан кейін К. Андерсон космос сулелеріні ішінен позитронды –электронны антиблшегін тапты. Квантты теория бойынша блшек пен антиблшекті массалары, вакуумдегі мір сру уаыты бірдей, модулі бойынша бірдей, біра табалары арама-арсы электрлік зарядтары жне магниттік моменттері, бірдей спиндері жне изоспиндері, баса да алан элементар блшектерді зара рекеттесуін суреттейтін квантты сандары (лептонды жне барионды сандар, оашты, семдік жне басалары) бірдей болулары керек.
Кварктер.1964 ж. Гелл-Манн жне Цвейг барлы адрондарды растыруа болатын фундаментальды блшектер – кварктертабиатта болуы ммкін деген гипотеза айтты. Оларды моделі бойынша ш типтес кварктер (u,d,s) жне олара сйкес антикварктер (u,d,s) болуы керек.
Кесте
| Кварк (анти- Кварк) | Электрлік заряд е лш. | Барионды сан В | Спин, | Оашты A. S |
u ( u )
d ( d )
s ( s )
c (  )
| +2/3 (-2/3) -1/3 (+1/3) -1/3 (+1/3) +2/3 (-2/3) | +1/3 (-1/3) +1/3 (-1/3) +1/3 (-1/3) +1/3 (-1/3) | 1/2 1/2 1/2 1/2 | -1(+1) -1(+1) |
Кварктерді сыйпаттамалары 2 кестеде крсетілген. Кварктерді элементарлы электрлік зарядтарыны мндері блшек сан, спиндері- 1/2.
Кварктерден адрондар келесі трде ралады: мезондар ос: кварк-антикварктен, бариондар ш кварктен (антибариондар - ш антикварктен) трады. Кейбір бариондар шін кваркты арнаулы квантты сыйпаттама енгізілді – тс: “сары” , “кк”, “ызыл”. Сонда ртрлі“тстегі ” кварктер Паули принципіне айшылы жасамады. 1974 ж. ашылан наыз нейтрал (J/)-мезон,оны массасы шамамен 6000 me , жаа кварк– с-кварк жне жаа саталатын шама – “семдік” енгізуге кеп соты.
Элементарлы блшектер теориясыны дамуындаы иыншылытара байланысты р жылдары баса “тамаша”,“наыз” жне т.б. атты квантты сандар енгізілді.
Кваркті модель те жемісті болып шыты, ол адрондарды барлы негізгі квантты сандарын анытауа ммкіндік берді. Бл модель бойынша, тжірибедегідей, бтін санды спин мезондар шін жне жартылай санды спин бариондара тн. Сол модель бойынша жаа блшек – —гиперон болуы керек деген болжам жасалды. ртрлі зара рекеттесудегі ріс кванттары сияты кварктерді зара рекеттесуіндегі тасушы ретінде глюондеп аталатын жаа блшектер енгізілді. Олар квантты сан – тсті- бір кварктен екіншісіне тасиды, соны арасында кварктер бірге бола алады.
Таы бір сыйпаттама – “аромат”, ол тстен баса барлы жоарыда айтылан белгілерді біріктіреді, кшті жне электромагниттік зара рекеттесуде саталады.
Сонымен, материяны райтын элементтер- алты ароматы бар (жне ш тсті) кварктер жне также алты ароматты лептондар. Осындай фундаментальды блшектерді арасындаы зара рекеттесу – глюондар, фотондар, аралы бозондар жне гравитондарды алмасуымен амтамасыз етіледі.
Бгінгі кнгі физиканы негізгі мселесі барлы фундаментальды зара рекеттесуді теориясын біріктіріп, оларды бірттас теориясын жасау. ш іргелі серлесуге –нзік, кшті, электромагниттік серлесулерге, оларды серлесу арыныны лкен айырмашылыына арамастан, орта асиеттер тн. Оларды шеуінде де блшектерді зара серлесуі млшерлегіш деп аталатын ріс кванттарын алмастыру арылы іске асырылады. р серлесуді зіні заряды бар. шеуінде де рістегі зарядтарды бейнелейтін математикалы тедеулерді мекендік млшерлегіш деп аталатын трлендірулерге симметриялыы тн.
Осы симмеитриялы асиетті негізінде С. Вайнберг пен А. Салам электромагниттік серлесу мен нзік серлесуді біріккен теориясын жасады. Бл фундаментальды зара рекеттесу тменгі энергияларда бірттас электрлсіз рекеттесуді ртрлі кріністерін суреттейді жне оларды арасындаы айырмашылы блшектерді энергиялары скен сайын бірте-бірте жойыла бастайды.
Осы орта асиеттер мен электрнзік серлесу теориясын растырудаы табыстардан “осы іргелі серлесулерді шеуін де біріктіретін теория ру ммкін емес пе?” –екен деген ой туды. Мндай теория лы біріктіру теориясы деп аталады.
лы біріктіру теориясыны рі арай дамуын іргелі серлесулерді барлыын біріктіретін теория растыруа талпыну, яни квантты-рістік теорияны рамына гравитацияны енгізу (“кеітілген супергравитация”) дниеге келтіру.