Сохти атом. Олами зарраҳои элементарӣ. Модели кваркии зарраҳои элементарӣ

Яке аз масъалаҳои муҳимтарин, ки пас аз кашфи электрон дар физика ба миён омад, проблемаи сохти атом ҳисобида мешуд. Кашфкардаи электрон Ҷ. Томсон модели аввалини сохти атомро пешниҳод намуд. Атоми Томсон курачаи заряди мусбат дошта буда, дар дохили он электронҳои зарядашон манфӣ мавҷуд мебошанд. Бузургии заряди мусбати кура ба заряди манфии электронҳо баробар ва бино бар он атом безаряд аст.

Дар солҳои 1909-1910 физики англис Эрнест Резерфорд ҳодисаи парокандашавии зарраҳоро аз лавҳачаи тунуки тиллоӣ тадқиқ намуда ба хулоса омад, ки модели сохти атоми Томсон натиҷаи ин таҷрибаро маънидод намекунад. Дар таҷрибаи Резерфорд як қисми ά – зарраҳо (иони атоми гелий) аз лавҳача рост гузашта мераванд, гӯё, ки монеъа мавҷуд набошад. Қисми дигари ά – зарраҳо аз лавҳача гузашта ба кунҷҳои гуногун майл мекунанд ва, ниҳоят, қисми боқимондаи онҳо ба қафо, ба 180º бармегарданд. Агар модели атоми Томсонро ба инобат гирем, ин натиҷаи таҷрибаро маънидод карда наметавонем, зеро дар ин сурат – зарраҳо аз монеа бояд ё пурра гузаранд ва ё тамоман нагузаранд.

Э. Резерфорд, дар асоси таҷрибаи худ, ба хулоса омад, ки қисми асосии массаи атом дар маркази он (ядрои атом) ҷой гирифтааст: ядрои атом заряди мусбати электрикӣ дорад ва дар атрофи он электронҳои заряди манфӣ дошта аз рӯи мадорҳои худ давр мезананд; заряди ядрои атом одатан ба заряди электронҳои даврзананда баробар аст ва бинобар он атом объекти аз назари электрикӣ нейтрал, яъне безаряд мебошад. Ин модел, ки таҷрибаи Резерфордро маънидод кард, модели сайёравии сохти атомномида мешавад, зеро он ба Системаи офтобӣ монанд аст.

Сонитар ин модел аз ҷониби физики даниягӣ Нилс Бор такмил дода шуд. Маълум шуд, ки электронҳо на аз рӯи мадорҳои дилхоҳ, балки аз рӯи мадорҳои статсионарӣ номида шаванда давр мезананд, зеро, дар акси ҳол, онҳо бефосила аз худ энергия афканда оқибат ба ядро меафтанд ва онгоҳ атом нобуд мегардад. Дар асл

чунин ҳодиса рӯй намедиҳад, чунки атомҳо системаҳои устуворанд ва электронҳои атом танҳо ҳангоми аз як мадори статсионарӣ ба мадори статсионарии дигар гузаштан нур меафкананд, ё нур фурӯ мебаранд. Танҳо бо дарназардошти ин принсипҳо модели атом маънои дурусти физикӣ пайдо мекунад.

Принсипҳои зикршуда, ки модели атоми Резерфордро пурра мегардонад, постулатҳои Бор ном гирифт ва, аз ин рӯ, ин моделро модели атоми Бор – Резерфорд (ва ҳатто модели атоми Бор) меноманд. Тавре зикр рафта буд, электрон таърихан зарраи аввалини элементарии кашфшуда аст. Соли 1919 Э. Резерфорд атомҳои никелро бо – зарраҳо бомбаборон карда зарраи нав — протонро кашф намуд, ки массаи он аз массаи электрон тақрибан 2000 маротиба калон буда, заряди электрикиаш ба заряди электрон баробар, вале мусбат аст. Соли 1932 нейтрон кашф гардид, ки ба протон монанд аст, вале заряди электрикӣ надорад.

Соли 1928 физики англис Пол Дирак назарияи релятивии электронҳоро бунёд намуда, ба хулоса омад, ки дар табиат бояд зарраи ҳамтои электрон, вале заряди мусбат дошта, мавҷуд бошад ва онро шартан антиэлектрон ( баръакси электрон) номид. Ин зарраи аҷоиб, ки позитрон номиданд, соли 1932 кашф карда шуд. Маълум гардид, ки аксари кулли зарраҳои элементарӣ антизарраи худро доранд. Ғайр аз ин, аз назарияи Дирак бармеояд, ки агар электрон ва позитрон ба ҳам бархӯранд, онҳо нест мешаванд, аниқтараш ба ҷуфти фотонҳо (γ — квантҳо) табдил меёбанд. Ин просессро аннигилятсия (нестшавӣ, маҳвшавӣ) меноманд. Соли 1933 аннигилятсияи ҷуфти электрон – позитрон дар таҷриба мушоҳида карда шуд. Айнан ҳамин ҳодиса бо ҷуфти зарраҳо ва антизарраҳои дигар низ ба вуҷуд меояд. Дар натиҷаи ин просессҳо фотонҳо ва зарраҳои дигари элементарии нейтрал пайдо мешаванд. Агар просесси аннигилятсия яктарафа мебуд, онгоҳ аксари микрозарраҳо ба – квантҳо табдил ёфта, оламро асосан фотонҳо ва зарраҳои сирф нейтрал пур мекарданд. Хушбахтона, дар табиат просесси баръакси тавлиди ҷуфти зарра ва антизарра низ мавҷуд аст. Масалан, ҷуфти квант ба ҳамдигар бархӯрда, ҷуфти электрон – позитронро ба вуҷуд меорад. Дар натиҷа ба ҳисоби миёна таносуби миқдории байни зарраҳо ва γ – нурҳо доимӣ мемонад.

Мавҷудияти просессҳои аннигилятсия ва тавлиди зарра ва антизарраҳо яке аз хусусиятҳои муҳимтарини микроолам мебошад, ки фарқи консепсияи нави атомизмро аз атомизми классикӣ нишон медиҳад.

Кашфи зарраҳои нави элементарӣ, хусусан, пас аз сохта шудани суръатфизоҳои зарраҳо бо суръат давом ёфт ва то солҳои 50 – уми асри 20 шумораи зарраҳои кашфшуда тақрибан ба 400 расид. Кашфи зарраҳои нав ба нави хосиятҳои гуногун дошта дар назди физикон масъалаи ба онҳо номи мувофиқ гузоштан ва ба гурӯҳҳои алоҳида ҷудо карданро ба миён овард. Ба электрону фотону протону нейтрони ба мо шинос номҳои нави мезон, мюон, гиперон, барионва ғайра ҳамроҳ шуданд. Дар навбати худ зарраҳо аз рӯи масса, заряди электрикӣ ва хосиятҳои квантӣ ба оилаҳо ҷудо карда шуданд. Ғайр аз фотон, ки массаи оромиаш баробари сифр аст, зарраҳои дигари элементарӣ ба ду оилаи зарраҳои сабуки – лептонҳо(электрон, мюон, нейтрино) ва зарраҳои вазнин – адронҳо ҷудо карда шуданд. Масалан, электрон ба оилаи лептонҳо ва протону нейтрон ба оилаи адронҳо дохил мешаванд.

Саволе ба миён меояд, ки оё зарраҳоеро, ки шумораашон қариб ба 400 мерасид ва аз рӯи масса, заряд ва хосиятҳои дигар аз ҳам фарқ мекунанд, элементарӣ, яъне содда номидан мумкин аст? Мантиқан объекти тамоман содда бояд аз ҳар гуна хусусиятҳои сифатӣ орӣ бошад, зеро дар акси ҳол саволи аз кӯдакӣ маълуми «Чаро?» ба миён меояд. Яъне агар, масалан, ҳамагӣ ду зарраи элементарӣ мавҷуд бошад, пас онҳо бо кадом хосиятҳояшон аз якдигар фарқ мекунанд ва агар чунин фарқият ҷой дошта бошад, сабаби он дар чист? Ва ғайраву ҳоказо. Ҷустуҷӯи посух ба ин саволҳо ба физики амрикоӣ Марри Гелл – Ман имкон дод тахмине пешниҳод намояд, ки ҳамаи адронҳо аз зарраҳои боз ҳам майдатари дар ҳақиқат соддаи кваркҳономидашаванда иборатанд. Мувофиқи ин модел мезонҳо аз як кварк ва як антикварк, барионҳо аз се кварк иборатанд ва ғайра. Ҳамин тавр, мувофиқи модели кваркӣ зарраҳои элементарӣ аз лептонҳо ва адронҳо, ки дар навбати худ, аз хиштчаҳои ниҳоии табиат – кваркҳо таркиб ёфтаанд, иборат мебошанд.

Имрӯзҳо шумораи лептонҳо ва кваркҳо, ки хосияти адронҳоро маънидод мекунанд ба 48 мерасад. Ин рақам хурд нест ва баъзе физикон дар он фикранд, ки шояд лептонҳо ва кваркҳо дар навбати худ аз зарраҳои боз ҳам майдатар иборат бошанд… Беихтиёр суханҳои файласуф – марксисти рус В. И. Ленин ба хотир меояд, ки гуфта буд: электрон ба мисли атом беинтиҳост, материя ҳам ба бар ва ҳам ба қаър интиҳо надорад.