Зарраҳои бунёдӣ

Зарраҳои бунёдӣ — нахустзарраҳои ғайритаркибие, ки кулли маводди материя (ҳаюло) аз онҳо таркиб ёфтааст. Аввалин зарраи бунёдӣ электрон буд, ки онро соли 1897 Ҷ.Ҷ. Томсон кашф кардааст. Минбаъд протон (соли 1919, Резерфорд) ва нейтрон (соли 1932, Чедвиг) кашф шуданд.

Тасаввурот оид ба фотон соли 1900 аз ҷониби Макс Планк ҳамчун кванти энергияи майдони электромагнитӣ пешниҳод гардид. Соли 1905 Алберт Эйнштейн фарзияеро оид ба он, ки афканишоти электромагнитиро сели квантҳои алоҳида (фотонҳо) ташкил медиҳанд, пешниҳод намуда, дар асоси он қонуни фотоэффектро шарҳ дод. Назарияи мавҷудияти нейтриноро чун зарраи бунёдии хос соли 1930 В. Паули пешгӯӣ намуда, соли 1953 онро физикдонони амрикоӣ Ф. Райнес ва К. Коуэн дар таҷриба кашф карданд. Нахустин антизарраи кашфшуда позитрон буд (К. Андерсон, соли 1932). Солҳои баъдӣ мюонҳо (соли 1936, К. Андерсон ва С. Неддермайер, ИМА), гурӯҳи пи-мезонҳо (соли 1947, С. Пауэлл), дар охири солҳои 1940 ва аввали солҳои 1950 гурӯҳи калони зарраҳои аҷиб (мезонҳо ва Λ-гиперонҳо), антипротон (соли 1955), антинейтрон (1956), антисигма-гиперонҳо (соли 1960), солҳои 1960 гурӯҳи ниҳоят бузурги зарраҳои ноустувор (умрашон нисбат ба зарраҳои дигар хеле кӯтоҳ – 10^-24 с), ки номи резонансҳоро гирифтанд, кашф шуданд. Сохтори олами зарраҳои бунёдӣ ниҳоят мураккаб ва хосиятҳояшон аз бисёр ҷиҳат ғайричашмдошт буданд.

Ҳоло таснифи зарраҳои бунёдӣ дар чаҳорчӯби Модели стандартӣ амалӣ мегардад. Ба гурӯҳи зарраҳои дар ҳақиқат бунёдии Модели стандартӣ лептонҳо, кваркҳо ва бозонҳои калибрӣ мансубанд. Кварк ва лептонҳо спини нимабутун доранд ва моддаҳоро ташкил медиҳанд. Бозонҳои калибрӣ, зарраҳои спинашон том J = 1 таъсири мутақобили байни кварку лептонҳоро воқеӣ мегардонанд. Ба ин қатор зарраи спинаш том (= 2) – «гравитон»-кванти майдони ҷозиба (гравитатсионӣ), ки кулли зарраҳоро алоқаманд мекунад, низ дохил мешавад.

Гурӯҳи лептонҳо аз 6 зарраи дар таъсири мутақобили зӯр иштирокнакунанда иборат аст. Ба он зарраҳои зерин дохил мебошанд: электрон (е^-), мюони манфӣ заряднок (μ-), лептони манфӣ заряднок, таон (τ-), нейтринои электронӣ (ν_е), нейтринои мюонӣ ( ν_μ), тау-нейтрино ( ν_τ).

Лептонҳо зарраҳои бесохтор буда, андозаашон < 10^-17 см аст. Таҳқиқи муфассали хосияти лептонҳо ошкор кард, ки онҳо ҷуфт-ҷуфт ба гурӯҳҳо ҷудо мешаванд. Ҳар як ҷуфт аз лептони манфӣ ва нейтрино иборат аст. Ҳамин тариқ, 6 лептон 3 авлод (оила)-ро ташкил медиҳанд.

Авлоди 1	Авлоди 2	Авлоди 3
е-	μ-	τ-
νе	νμ	ντ

Спини лептонҳо J = 1/2 буда, ҳамаи онҳо дар таъсири мутақобили суст ва дар таъсири мутақобили ҷозибавӣ, лептонҳои заряднок, ба замми ин, дар таъсири мутақобили электромагнитӣ иштирок мекунанд. Ҳар як лептон антизарраи худро дорад: позитрон (е+), мюони мусбатзаряднок ( μ+), лептони мусбатзаряднок, таон (τ+), антинейтринои электронӣ (_е ), антинейтринои мюонӣ (_μ), тау-антинейтрино (_τ).

Ин гурӯҳ низ аз 3 авлод иборат аст.

Авлоди 1	Авлоди 2	Авлоди 3
е+	μ+	τ+
(е)	(μ)	(τ)

Лептонҳоро бо усули зер тавсиф медиҳанд: моменти импулси хусусии дохилӣ – спин, масса, заряди электрӣ ва лептонӣ, моменти магнитӣ ва шояд ин ё он тавсифҳои дигар (мас., андоза). Агар ин мавҷудҳо объектҳои бунёдӣ (элементарӣ) бошанд, пас онҳо ҳеч гуна сохтор надоранд ва бояд нуқтагӣ, яъне беандоза бошанд. Пас, барои ифодаи онҳо истифода кардани мафҳумҳои моменти импулси хусусӣ (спин) ва моменти магнитӣ мушкил аст (мафҳуми масса низ).

Дар ибтидо тахмин мекарданд, ки ҳамагӣ се навъи кваркҳо бо заряди электрии +2/3, –1/3 ва –1/3 мавҷуданд, вале таҷрибаҳои сершумори охири солҳои 1960 ва аввали солҳои 1970 на танҳо воқеӣ будани ташкилаҳои модди (материалӣ)-и дохили зарраҳои бунёдӣ – се навъи кваркҳои номбурдаро тасдиқ карданд, балки оид ба мавҷудияти боз се навъи нави кваркҳо хулоса бароварданд. Ин таҷрибаҳо моҳиятан ба таҷрибаҳои классикии Резерфорд монанданд. Танҳо дар ин ҷо пошхӯрии электронҳо аз нуклонҳо мавриди таҳқиқ қарор гирифтааст. Натиҷаи ин таҷрибаҳо ва муқоисаи онҳо бо натиҷаи таҷрибаҳо оид ба парешхӯрди нейтрино аз нуклонҳо (солҳои 1973–75) имкон доданд, ки бузургии заряди электрии кваркҳо бо саҳеҳияти боэътимод баҳо дода шавад. Маълум шуд, ки ин зарраҳо заряди электрии касриро соҳибанд.

Кваркҳо дар ҳолати озод вуҷуд надоранд, онҳо дар системаи кваркӣ – адронҳо пинҳонанд. Бинобар ин, онҳо аз таъсири мутақобил бо дигар кваркҳо ва глюонҳои ҳамсояи худ озод нестанд. Дар ҳолати инзиво (изолятсия) будан, фазои гирду атрофи кварк, яъне фазои холӣ аз зарраҳои воқеӣ (ин ҳолати фазоро «халои физикӣ» меноманд) ба хосиятҳои кварк таъсир мерасонад. Кваркҳо ҷараёнӣ ва воқеӣ (ё таркибӣ) мешаванд.

Кваркҳои ҷараёнӣ кваркҳое мебошанд (дар асоси назария пешгӯӣ мешаванд), ки таъсири халои физикиро эҳсос намекунанд. Кваркҳои воқеӣ объектҳоеанд, ки дар халои физикӣ воқеъ гашта, ҳама гуна таъсироти имконпазири халоиро инъикос мекунанд, яъне кваркҳое мебошанд, ки дар дохили адронҳо мавҷуд буда, ҳаракат ва таъсири мутақобили онҳо сохтори адронҳоро ташкил медиҳад.

Кваркҳои ҷараёнӣ ва воқеӣ шабеҳи электронҳои озод дар фазои холӣ ва маҷмӯии электронҳо дар ҷисми сахт мебошанд. Ин гуна маҷмӯъҳоро, маъмулан, квазиэлектронҳо меноманд. Квазиэлектронҳои ҷисми сахт бо массаи босамар тавсиф мешаванд, ки он аз массаи электронҳои озоди дар фазои холӣ мавҷудбуда фарқ мекунад.

Массаи кварки ҷараёнӣ – массаи кваркест, ки бо глюонҳо ва кваркҳои дигар таъсири мутақобил надорад, яъне массаи кварки «бараҳна» мебошад. Тибқи назарияи хромодинамикаи квантӣ кварк ин хусусиятро ҳамон вақт пайдо мекунад, ки дар дохили адрон дар андозаҳои ниҳоят хурди фазо ( < 10^-14 см) маҳдуд карда шавад. Дар акси ҳол (яъне кварк дар андозаҳои аз 10^-14 см калонтар маҳдуд шуда бошад) омилҳое, ки боиси ташаккули массаи кварки воқеӣ мешаванд, ба кор медароянд. Дар ташаккули массаи кварки воқеӣ майдони ғайрихаттии дар хало пайдошаванда, ки онро конденсати кварк-антикварк меноманд, нақши асосӣ дорад. Абри кварк-глюонии атрофи кварки воқеӣ, ки дар натиҷаи таъсири мутақобили он бо кваркҳо ва глюонҳо ба вуҷуд меояд, ҳиссаи худро ба массаи он низ мегузорад. Кваркҳо аз рӯи массаашон ба ду гурӯҳ ҷудо мешаванд: кваркҳои сабук – u, d, s ва кваркҳои вазнин – c, b, t .

Бозонҳои калибрӣ – cинфи дигари зарраҳои бунёдии Модели стандартӣ аз квантҳо (пайкҳо)-и майдонҳои калибрӣ (майдонҳое, ки принсипи инварианти калибрии маҳдуд – асоси Модели стандартиро ташкил медиҳанд) иборатанд. Майдонҳои калибрӣ (майдонҳои ҷубронсоз), майдонҳое мебошанд, ки инвариантияти муодилаҳои ҳаракатро нисбат ба табдилоти калибрӣ муҳайё месозанд. Майдони электромагнитӣ дар электродинамика, майдонҳои глюонӣ дар хромодинамикаи квантӣ ва майдони бозонҳои вектории мобайнӣ дар назарияи таъсири мутақобили суст мисоли ин гуна майдонҳо мебошанд. Пайк (ҳомил)-и майдонҳои калибрӣ бозонҳои калибрии спинашон томанд, ки ҳомили таъсири мутақобили байни фермионҳои бунёдӣ мебошанд.

Адабиёт

• Зарраҳои бунёдӣ / Я. Ш. Самарқандӣ // Замин — Илля. — Д. : СИЭМТ, 2018. — (Энсиклопедияи Миллии Тоҷик : [тахм. 25 ҷ.] / сармуҳаррир Н. Амиршоҳӣ ; 2011—2023, ҷ. 7). — ISBN 978-99947-33-89-9.

• Аббосов О., Самарқандӣ Я. Ш., Саломов Ҷ. А. Физикаи атом ва ҳаста. Д., 2008.