ვინაიდან დაინეტერსებაა ნაწილაკების ფიზიკის. განსაკუთრებით არაფიზიკოსების მიერ, ამიტომ შემოგთავაზებთ პატარა შესავალს ერთი წიგნიდან.
რათქმაუნდა მასალა დიდია, ამიტომ დროის უქონლობისა და მასალის მოცულობის სიდიდის გამო, ვერაფერს შეგპირდებით.
მაგრამ ვეცდები ეს შესვალი სრულად დავდო ამ თემაში.
დღეს რამოდენიმე გვერდის თარგმანს გთავაზობთ წიგნიდან:
David Griffiths
Introduction to Elementary Particles
მაშ ასე:
(შეცდომებზე ბოდიშს ვიხდი, სინქრონულად ვთარგმნიდი და ვწერდი)
კლასიკური ხანა (1897-1932)
--------------------------------------------
ცოტა არ იყოს ხელოვნურია, მაგრამ მე ვიტყოდი ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა დაიბადა 1897 წელს, ტომსონის მიერ ელექტრონის აღმოჩენასთან ერთად [1]. (უფრო მოდური იქნებოდა დაგვეწყო დემოკრიტედან და ბერძენი ატომისტებიდან, მაგრამ გარდა რამოდენიმე მათ მიერ შემოთავაზებული იდეისა, მათ მეტაფიზიკურ სპეკულაციებს არაფერი აქვთ საერთო თანამედროვე მეცნიერებათან და ისინი შეიძლება საინტერესო იყოს მხოლოდ თანაედროვე ანტიკვარისტებისთვის. მათი გენიოსური საფუძვლები მნიშვნელობას მოკლებულია.) ტომსონმა იცოდა, რომ ცხელი კათოდის მიერ გამოტყორცნილი სხივები გადაიხრება მაგნიტურ ველში. ეს ნიშნავდა, რომ ეს სხივები ატარებდნენ მუხტს; ფაქტრობრივად გადახრის მიმართულება "მოითხოვდა", რომ ეს მუხტი უნდა ყოფილიყო უარყოფითი. როგორც ჩანდა, ეს სულაც არ იყო სხივი, არამედ იყო ნაწილაკების ნაკადი. როდესაც ეს სხივი კვეთდა ურთიერთ მართობულ ელექტრულ და მაგნიტურ ველებს, ამ ველების სიდიდეების კონკრეტული მნიშვნელობისას სხივი არ გადაიხრებოდა, ამით ტომსონმა შეძლო ნაწილაკების როგორც სიჩქარის გამოთვლა (სინათლის სიჩქარის მეათედი), ისე მუხტის მასაზე ფარდობა. აღმოჩნდა, რომ ეს ფადობა გაცილებით დიდი იყო მანამდე ცნობილი იონებისაზე. ეს მიუთითებდა, რომ ან მუხტი იყო უსაშველოდ დიდი ან მასა იყო ძალიან პატარა. მეორე დასკვნა ჩანდა სიმართლესთან უფრო ახლოს. ტომსონმა ამ ნაწილაკებს კორპუსკულები უწოდა. ჯერ კიდევ 1891 წელს, ჯორჯ ჯონსტონ სტონმა შემოიტანა ტერმინი ელექტრონი, ფუნდამენტური მუხტის ერთეულისათვის; ხოლო მოგვიანებით ეს ტერმინი იქნა არჩეული ზემოთ ხსენებული ნაწილაკებისთვის. ტომსონმა სწორად შეაფასა ეს მოვლენა, როცა ელექტრონები მიიჩნია ატომის შემადგენელი მნიშვნელოვანი ინგრედიენტები. რადგან ატომი მთლიანობაში არის ელექტრულად ნეიტრალური და გაცილებით მძიმე ვიდრე ელექტრონი, მაშინვე გაჩნდა კითხვა, თუ როგორ არის მაკომპესირებელი დადებითი მუხტი და ასევე მასა განაწილებული მთლიან ატომში. ტომსონმა ეს წარმოიდგინა, რომ ელექტრონები შერეულნი იყვნენ გაცილებით მძიმე ცომისმაგვარ დადებითად დამუხტულ მოცულობაში (როგორც ქიშმიშები ცომში). მაგრამ ტომსონის მოდელი კატეგორიულად უარყოფილ იქნა რეზერფორდის ცნობილი გაფანტვის ექსპერიმენტით. რომელმაც აჩვენა, რომ მთლიანი დადებითი მუხტი და მასის უმეტესი ნაწილი თავმოყრილი იყო ძალიან მცირე მოცულობაში, ბირთვის ცენტრში, ანუ ატომის ცენტრში. რეზერფორდმა ეს ყველაფერი აჩვენა თხელი ოქროს ფირფიტის ალფა ნაწილაკებით (ჰელიუმის იონიზირებული ატომი) ბომბარდიებით. თუ ტომსონის მოდელი სწორი იქნებოდა, ყველა ალფა ნაწილაკი უნდა გადახრილიყო რაიმე კუთხით. მაგრამ არცერთი ალფა ნაწილაკი არ გადახრილა. უმეტესო ბა გადიოდა შეუშფოთებლად, გარდა რამოდენიმე მათგანისა, რომელიც ძალიან დიდი კუთხით იქნა გადახრილი. რეზერფორდმა დაასკვნა, რომ ალფა ნაწილაკები ეჯახებოდნენ რაღაც ძალიან მცირეს, ძალიან მყარს და მძიმეს. აშკარად დადებით მუხტი და ატომის მასის დიდი ნაწილი კონცენტრირებული იყო ატომის მთლიანი მოცულობის ძალიან მცირე ნაწილში (ელექტრონები იმდენაც მცირე მასის არიან, რომ მათ არანაირი როლი არ მიუძღვით გაფანტვის საქმეში, და ისინი ძალიან ადვილად გაიფანტებიან ატომიდან მათზე გაცილებით მძიმე ალფა ნაწილაკების დაჯახებისას).
რეზერფორდის მიერ უმსუბუქესი ატომის (წყალბადი) ბირთვს ეწოა პროტონი. 1914 წელს ნილს ბორის მიერ შემოთავაზებულ იქნა წყალბადის აგებულობის მოდელი, როგორც პროტონის გარშემო ორბიტაზე მბრუნავი ელექტრონი, როგორც პლანეტები მზის გარშემო. ელექტრონის ორბიტაზე შემაკავებელი ძალა კი იყო დადებითი და უარყოფითი მუხტების მიზიდვა. კვანტური თეორიის პრიმიტიული ვერსიის გამოყენებით, ბორმა შეძლო გამოეთვალა წყალბადის სპექტრი, და ექსპერიმენტთან კარგი თანხვედრის გამო, თითქოს არაფერი იყო შთამბეჭდავი. ბუნებრივი იყო შემოთავაზება, რომ შედარებით მძიმე ატომების ბირთვები შედგებოდა ორი ან მეტი ერთად მყოფი პროტონებისგან, რომლებიც ორბიტაზე აკავებდნენ იმავე რაოდენობის ელექტრონებს. სამწუხაროდ, მომდევნო მძიმე ატომი, ჰელიუმი, მიუხედავად იმისა რომ ატარებს 2 ელექტრონს, არის 4-ჯერ უფრო მძიმე, ვიდრე წყალბადი; და ლითიუმი (სამი ელექტრონით) არის 7-ჯერ უფრო მძიმე, ვიდრე წყალბადი; და ასე შემდეგ. საბოლოდ ეს დილემა გადაწყვეტილ იქნა 1932 წელს ჩადვიკის მიერ ნეიტრონის აღმეჩენით - პროტონის ელექტრულად ნეიტრალური ტყუპისცალი. აღმოჩნდა, რომ ჰელიუმის ბირთვი შეიაცავს დამატებით 2 ცალ ნეიტონს 2 ცალ პროტონთან ერთად; ლითიუმი 4 ცალ ნეიტრონს და, ზოგადად, მძიმე ბირთვები იმდენივეს, რამდენიც აქვთ პროტონი. (ნეოტრონების რიცხვი შედარებით უფრო მოქნილია - ერთი და იგივე ატომი, ქიმიური თვალსაზრისით, შეილძება იყოს განსხვავებული იზოტოპის სახით - ყველას აქვს ერთნაირი რაოდენობის პროტონები, მაგრამ ნეოტრონების რიცხვი სხვადასხვა.)
ნეოტრონის აღმოჩენით დაგვირგვინდა ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკის კლასიკური ხანა. არადროს მანამდე (და ვწუხვარ, რომ უნდა ვთქვა არც შემდეგ) ფიზიკოსებს არ შემოუთავაზებით ასეთი მარტივი და ასეთი დამაკმაყოფილებელი პასუხი ყველა დროისთვის აქტუალურ კითხვაზე - "რისგან შედგება მატერია?"
1932 წლისათვის ცნობილი იყო მხოლოდ პროტონი, ნეიტრონი და ელექტრონი. მაგრამ უკვე დათესილი იყო სამი უდიდესი იდეა, რომლებიც დომინირებდნენ 1930-1960 წლების პერიოდის ნაწილაკების ფიზიკაში: იუკავას მეზონი, დირაკის პოსიტრონი და პაულის ნეიტრინო. სანამ აქამდე მოვალთ, ნება მიბოძეთ წარმოგიდგინოთ მისი უდიდებულესობა ფოტონი.
ფოტონი (1900-1924)
----------------------------
გარკვეული თვალსაზრისით ფოტონი არის მოდერნისტული ნაწილაკი, რომელსაც უფრო მეტი აქვს საერთო W და Z (რომლებიც აღმოჩენილ იქნა 1983 წელს) ბოზონებთან, ვიდრე კლასიკურ ტრიოსთან. საკმაოდ ძნელია თქმა თუ კონკრეტულად ვის მიერ იქნა აღმოჩენილი, მიუცედავად იმისა, რომ პროცესის მნიშვნელოვანი ეტაპები საკმარისად ცხადია. პირველი განსაკუთრებული წვლილი შეიტანა პლანკმა 1900 წელს. პლანკი ცდილობდა აეხსნა ეგრეთწოდებული შავი სხეულის მიერ გამოსხივებული ელექტრომაგნიტური სპექტრი. სტატისტიკურ მექანიკას, რომელმაც შესანიშნავად ახსნა სხვა თერმოდინამიკური პროცესები, მიყავდა მეცნიერები აბსურდულ დასკვნამდე - სახელგანთქმულ ულტრა იისფერ კატასტროფამდე, რომელიც წინასწარმეტყველებდა, რომ სრული გამოსხივებული სიმძლავრე უნდა ყოფილიყო უსასრულობა. პლანკმა ნახა, რომ შეძლებდნენ ულტრა იისფერი კატასტროფის თავიდან აცილებას და ექსპერიმენტული მრუდის ფიტირებას, თუ ჩათვლიდნენ, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივება იკვანტება, ანუ ენერგია სხივდება მცირე პაკეტებით:
E = hν (1.1)
სადაც ν გამოსხივების სიხშირეა და h რაღაც მუდმივა, რომელიც პლანკმა მრუდის ფიტირებისას შეარჩია და მიიღო
h = 6.626*10^-27 erg * s (1.2)
პლანკმა არ იცოდა თუ რატომ იკვანტება გამოსხივება; მან ჩათვალა, რომ ეს იყო გამოსხივების პროცესის რაღაც თვისება - რაღაც მიზეზით ცხელი ზედაპირი უშვებდა სინათლეს პატარა პორციების სახით.
1905 წელს აინშტაინმა გამოთქვა რადიკალური აზრი. ის ირწმუნებოდა, რომ დაკვანტვა იყო თვით ელექტრომაგნიტური ველის თვისება, რომელსაც არაფერი საერთო არ ქონდა გამოსხივების მექანიზმთან. ამ თვალსაზრისით აინშტაინმა კარგად მოარგო პლანკის იდეა და თავისი ფორმულა ფოტოეფექტის მოვლენას:
როდესაც ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ეცემა ლითონის ზედაპირს, ელექტრონი ამოვარდება. მან შემოგვთავაზა, რომ დაცემული სინათლის კვანტი ეჯახება რა ლითონის ელექტრონს, გადასცემს hν ენერგიას; აგზნებული ელექტრონი გაარღვევს ლითონის ზედაპირს, რომლის დროსაც კარგავს w ენერგიას (ე.წ. გამოსვლის მუშაობა - ემპირიული მუდმივა, რომელიც ლითონის გვარობაზეა დამოკიდებული). ელექტრონი თავს აღწევს ლითონს, როცა:
E <= hν – w (1.3)
(შესაძლებელია ასევე დაკარგოს რაღაც ენერგია სანამ ზედაპირამდე მიაღწევს, ამიტომაც წერია ნაკლებია ან ტოლი)
აინშტაინის 1.3 ფორმულა ტრივიალურია გამოსაყვანად, მაგრამ ატარებს ექსტრაორდინალურ მნიშვნელობას: ეექტრონის მაქსიმალური ენერგია არ არის დამოკიდებული სინათლის ინტენსივობაზე და დამოკიდებულია მხოლოდ მის ფერზე (სიხშირე). სხვათაშორის, რაც მეტია სინათლის ინტენსივობა მით მეტი ელექტრონები ამოიყრება, მაგრამ მათი ენერგიები იქნება ერთნაირი (უცვლელი).
პლანკისგან განსხვავებით, აინშტაინი მტრულად მოეკიდა ამ თეორიას და მთელი 20 წლის მანძილზე ებრძოდა სინათლის კვანტის იდეას. [2].
იმის თქმით, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივება მისი ბუნებიდან გამომდინარე იკვანტება, მიუხედავად გამოსხივების მექანიზმისა, აინშტაინი მივიდა სახიფათოდ ახლოს სინათლის კორპუსკულურ ნდობადაკარგული თეორიის აღდგენასთან. ნიუტონმა რათქმაუნდა წამოაყენა ასეთი კორპუსკულური თეორია, მაგრამ 19-ე საუკუნის ფიზიკის მთავარი მიღწევა იყო ნიუტონის კორპუსკალური იდეის უარყოფა, ტალღური თეორიის სასარგებლოდ. ამდენად, არავინ იყო მომზადებული ასეთი პასუხისათვის, მიუხედავად იმსა, რომ ექსპერიმენტი აინშტაინის მხარეს იკავებდა. 1916 წელს მილიკანმა დაასრულა ფოტოეფექტის ექსპერიმენტების შესწავლა და გააკეთა მოხსენება, რომ აინშტაინის ფოტოეფექტის 1.3 ფორმულა ცალსახად წინასწარმეტყველებს (ემთხვევა) ექსპერიმენტულ შედეგებს. იმ მომენტში აინშტაინის ნახევრადკორპუსკალური თეორია, რომელიც აინშტაინს მზად ქონდა როგორც ალტერნატიული ვარიანტი, ყოვლად თავდაცვის უუნარო ჩანდა. [3].
ექსპერიმენტი, რომელმაც საბოლოოდ დააგვირგვინა ეს პროცესი, იყო ჩატარებული კომპტონის მიერ 1923 წელს. კომპტონმა ნახა, რომ სინათლე, რომელიც გაიფანტება უძრავ ნაწილაკზე, იცვლის ტალღის სიგრძეს:
λ' = λ + λ©* (1 - cos (θ)) (1.4)
სადაც λ არის დაცემული სინათლის ტალღის სიგრძე, λ' არის ნაწილაკზე გაფანტული სინათლის ტალღის სიგრძე, θ - გაფანტვის კუთხე და
λ©=h/mc (1.5)
სამიზნე უძრავი ნაწილაკის (m მასის) ე.წ. კომპტონის ტალღის სიგრძე.
1.4 ეს არის სწორედ ის ფორმულა, რომელსაც მიიღებთ ჩვეულებრივი ელასტიური დაჯახების ამოცანის ამოხსნისას, თუ ჩათვლით სინათლეს, როგორც უმასო ნაწილაკს, რომელიც ეჯახება უძრავ m მასის ნაწილაკს და გაითვალისწინებთ ენერგიის და იმპულსის მუდმივობის კანონს. ეს იყო პირდაპირი მტკიცებულება იმისა, რომ სინათლე იქცევა როგორც ნაწილაკი სუბატომურ მანძილებზე. ამ ნაწილაკს ჩვენ ფოტონს ვუწოდებთ (სახელი შემოთავაზებული იყო ქიმიკოს Gilbert Lewis მიერ 1926 წელს). ფოტონის აღმნიშვნელი სიმბოლო არის γ (γ სხივებიდან). თუ როგორ შეურიგდა სინათლის ნაწილაკური ბუნება მანამდე კარგად დაფუძვნებულ მის ტალღურ ბუნებას მაკროსკოპულ მასშტაბებში (ინტერფერენცია და დიფრაქცია) მონათხრობი მაქვს კვანტური მექანიკის სახელმძღვანელოში.
მიუხედავად დიდი წინააღმდეგობისა ფიზიკოსთა საზოგადოების წრეში, ფოტონმა საბოლოოდ იპოვა თავისი ბუნებრივი ადგილი კვანტური ველის თეორიაში, და შემოგვთავაზა ვრცელი, ახალი პერსპექტივები ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედების საკითხში. კლასიკურ ელექტროდინამიკაში ჩვენ ორი ელექტრონის განზიდვას ვუკავშირებთ ელექტრულ ველს, რომელიც გარს ახვევია ელექტრონებს. თითოეულ ელექტრონს წვლილი მიუძღვის ამ ველის შექმნაზე და თითოეული მათგანი რეაგირებს ამ ველზე. მაგრამ ველის კვანტური თეორიაში ელექტრული ველი დაკვანტულია (ფოტონების სახით). და შეგვიძლია ეს ელექტრონებს შორის ურთიერთქმედება დავასურათოთ, როგორც ფოტონების ნაკადი - მორბენალი წინ და უკან ამ ორ დამუხტულ ნაწილაკს შორის. თითოეული ელექტრონი უწყვეტად ასხივებს ფოტონებს და უწყვეტად შთანთქავს მათ. და ასეთივე მექანიზმით აღიწერება ნებისმიეერი არაკონტაქტური ძალა.
მაშინ როცა კლასიკურად "დისტანციური მოქმედების" ინტერპრეტაციას ვახდენთ შუალედური ველის გზით. ახლა შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ეს შუალედური (შუამავალი) პროცესი განხორციელებულია შუამავალი ნაწილაკების (ველის კვანტი) ურთიერთ გაცვლის შედეგად. ელექტროდინამიკის შემთხვევაში შუამავალი არის ფოტონი, გრავიტაციის შემთხვევაში - გრავიტონი (მიუხედავად იმისა, რომ გრავიტაციის კვანტური თეორია ჯერ წარმატებით არ დასრულებულა და შესაძლოა საუკუნეებმა გაიაროს, სანამ გრავიტონს აღმოაჩენენ ექსპერიმენტალურად).
მოგვიანებით თქვენ ნახავთ თუ როგორ გამოიყენება ეს იდეა პრაქტიკაში, მაგრამ ამ მომენტში მინდა ყურადღება გავამახვილო ერთ ჩვეულებრივ გაუგებრობაზე.
როდესაც მე ვთქვი, რომ ყოველი ძალა გამოწვეულია ნაწილაკების გაცვლით სხეულებს შორის, მე არ ვგულისხმობდი უბრალო კინემატიკურ მოვლენაზე.
როდესაც ორი ყინულზე მოციგურავე ერთმანეთს გუნდებს ესვრიან წინ და უკან, რათქმაუნდა ერთმანეთს დაშორდებიან უკუცემის გამო; თუ გნებავთ ვთქვათ, რომ ისინი "ერთმანეთს განიზიდავენ გუნდების გაცვლით". მაგრამ ეს ის არ არის რასაც მე ვგულისხმობდი ნაწილაკების შემთხვევაში. თუნდაც იმიტომ, რომ პროცესის ესეთი აღწერა ვერანაირად ვერ ახსნის მიზიდვის ძალის არსებობას. თქვენ შეგიძლიათ იფიქროთ მედიატოს ნაწილაკებზე, როგორც მესენჯერებზე, და მესიჯი შეიძლება იყოს როგორც "მოდი ახლოს", ისე "წადი შორს".
მე ადრე ვახსენე, რომ კლასიკური სურათის თვალსაზრისით, ჩვეულებრივი მატერია შედგება ატომებისგან, რომლებშიც ელექტრონები ორბიტირებენ პროტონების და ნეიტრონებისგან შემდგარი ბირთვების გარშემო და მათ აკავებს საწინააღმდეგო მუხტებს შორის მოქმედი მიზიდვის ელექტრული ძალა.
ახლა შეგვიძლია ამ მოდელს მივცეთ უფრო დახვეწილი ფორმულირება და შემაკავშირებელი ძალა დავაკავშიროთ ფოტონების გაცვლასთან ელექტრონებსა და ბირთვებს შორის. თუმცაღა, ატომურ ფიზიკაში, მისი ინტერესებიდან გამომდინარე, ეს მოდელი უგულებელყოფილია., რამდენადაც ელექტრომაგნიტური ველის დაკვანტვა წარმოშობს მხოლოდ რამოდენიმე თითზე ჩამოსათვლელ ეფექტს ( ლემბის წანაცვლება (Lamb shift) და ელექტრონის ანომალური მაგნიტური მომენტი).
ძალიან კარგ მიახლოებაში შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ძალა განპირობებულია კულონის კანონით (სხვადასხვა მაგნიტური დიპოლების შეწყვილებასთან ერთად). ძირითადი აზრი ის არის, რომ ფოტონების წარმოუდგენლად დიდი რიცხვი განუწყვეტლად გაიცვლება წინ და უკან ატომში, ისე რომ ველის "ოღროჩოღრო" კვანტური ბუნება ეფექტურად გასწორდება და აღიგვება სწორედ ფოტონების განუზომლად დიდი რიცხვის გამო. და კლასიკური ელექტროდინამიკა იძლევა ძალიან კარგ მიახლოებააში სწორ პასუხებს. მაგრამ ელემეტარული ნაწილაკების უმეტეს პროცესებში, როგორიცაა ფოტოეფექტი და კომპტონის ეფექტი, ინდივიდუალური ფოტონები გამოდიან სცენაზე და ველლის დაკვანტვის უგულებელყოფა უკვე აღარ შეიძლება.
მეზონები (1934-1947)
---------------------------------------------------------
ეხლა, არის ერთი თვალნათელი პრობლემა, რომელსაც კლასიკური მოდელი საერთოდ არ განიხილავს: - რა აკავებს ნუკლოიდებს (პროტონებს და ნეიტონებს) ერთად? მაშინ როცა დადებითად დამუხტულმა პროტონებმა ერთმანეთი უნდა განიზიდონ, რადგან ისინი სივრცის ძალიან მცირე მოცულობაში არიან ერთად. აშკარაა უნდა არსებობდეს რაღაც სხვა შემაკავშირებელი ძალა, გაცილებით ძილერი, ვიდრე ელექტრული განმზიდავი ძალა. იმ დროის ფიზიკოსები მას ეძახდნენ ძლიერ ძალას (ძლიერ ურთიერთქმედებას). მაგრამ თუ კი არსებობს ასეთი ძალა, რატომ ვერ "ვხვდებით" მას ყოველდღიურ ცხოვრებაში? საქმე იმაშია, რომ ყველა ძალა, რომელთანაც შეხების ყოვლღიური გამოცდილება გვაქვს, დაწყებული კუნთების შეკუმშვდან დინამიტის აფეთქებამდე, არის ელექტრომაგნიტური წარმოშობის. ერთი გამონაკლისის გარდა (ატომური რეაქტორის და ბირთვული ბომბის არ ჩათვლით), როგორიცაა - გრავიტაცია. პასუხი უნდა იყოს, როგორი ძლიერიც არ უნდა იყოს ის, რომ ძლიერი ურთიერთქმედება ძალიან მცირე მანძილებზე ვრცელდება. როგორც ბოქსიორის უმძლავრესი დარტყმის მანძილი მისი ხელის გაწვდენის რიგისაა და მის იქით 0 მდე ეცემა - ისე ძლიერი ურთიერთქმედება მოქმდებს მხოლოდ ატომის ბირთვის ზომის მანძილებზე.
ძლიერი ურთიერთქმედების პირველი მნიშვნელოვანი თეორია შემოთავაზებული იყო იუკავას მიერ 1934 წელს [4].
იუკავამ ივარაუდა, რომ პროტონები და ნეიტრინები მიიზიდებიან რაღაც გარკვეული ტიპის ველით, ისევე როგორც ელექტრონი მიიზიდება ბირთვის მიერ ელექტრული ველის საშუალებით და მთვარე გრავიტაციული ველის საშუალებით დედამიწის მიერ. თავის მხრივ, ეს ველი უნდა იკვანტებოდეს და იუკავამ დასვა შეკითხვა: როგორ თვისებებს ატარებს მოცემული ველის კვანტი - ნაწილაკი (ფოტონის მსგავსად), რომლის გაცვლა ნუკლეიდებს შორის უზრუნველყოფს ძლიერი ურთიერთქმედების თვისებებს? მაგალითად, მცირე მანძილზე ურთიერთქმედება მიანიშნებს იმაზე, რომ მედიატორი უნდა იყოს საკმარისად მძიმე. იუკავამ დაასკვნა, რომ მისი მასა 300 ჯერ უნდა აღემატებოდეს ელექტრონის მასას, ან მეექვსედი უნდა იყოს პროტონის მასის. ვინაიდან მედიატორის მასა მოხვდა ელექტრონისა და პროტონის მასას შორის, მას მეზონი უწოდეს (ნიშნავს საშუალო წონას). იგივე პრინციპით, ელექტრონს ეწოდა ლეპტონი (მსუბუქი წონა); და პროტონს და ნეიტროსნ ეწოდა ბარიონი (მძიმე წონა). ეხლა, იუკავამ იცოდა, რომ მსგავსი არანაირი ნაწილაკი დამზერილი არ იყო ექსპერიმენტზე და აქედან გამომდინარე ივარაუდა რომ მისი თეორია იყო მცდარი. მაგრამ იმ დროისათვის რამოდენიმე სისტემატიური ექსპერიმენტი მიმდინარეობდა კოსმოსურ ნაწილაკებზე და 1937 წელს ორმა ურთიერთ დამოუკიდებელმა ჯგუფმა (ანდერსონი და ნედერმეიერმა ერთი მხრივ და სტრიტმა და სტევენსონმა მეორე მხრივ) მოახდინეს იუკავას მიერ აღწერილის მსგავსი ნაწილაკის იდენტიფიცირება. ცხადია, ახლა უკვე, რომ კოსმოსური სხივები, რომლითაც იბომბებით ყოველ წამს, ახალც როცა ამ ტექსტს კითხულობთ, წარმოადგენენ საშუალო წონის ნაწილაკებს.
გარკვეული ხნის განმავლობაში ყველაფერი ჩანდა წესრიგში. მაგრამ რაც უფრო დეტალურად სწავლობდნენ კოსმოსურ სხივებს, მით უფრო შემაშფოთებელი წინააღმდეგობები ხვდებოდა იუკავას მოდელს. ამ ნაწილაკებს ქონდათ იუკავას ნაწილაკისგან განსხვავებული სიცოცხლის ხანგრძლივობა და მნიშვნელოვნად მსუბუქები იყვნენ. უფრო უარესი, მასის გაზომვის სხვადასხვა მეთოდები ერთმანეთთან შეუთავსებელ შედეგებს იღებდნენ. 1946 წელს გადამწყვეტი ექსპერიმენტი იქნა ჩატარებული რომში, რომელმაც აჩვენა, რომ კოსმოსური სხივების ნაწილაკები ძალიან სუსტად ურთიერთქმედებდნენ ატომის ბირთვებთან [5]. თუ ეს ნამდვილად იუკავას მეზონი იყო, ძლიერი ურთიერთქმედების ძალის გადამტანი, მაშინ ურთიერთქმედება ატომის ბირთვებთან დრამატულად ძლიერი უნდა ყოფილიყო. თავსატეხი საბოლოოდ ამოხსნილი იქნა 1947 წელს, როცა პაუელმა (Powell) და მისმა თანამშრომლებმა ბრისტოლში აღმოაჩინეს, რომ სინამდვილეში არსებობს ორი საშუალო წონიანი ნაწილაკი ამ კოსმოსურ სხივებში, რომლებსაც უწოდეს π (ან პიონი) და μ (ან მიუონი). (მარშაკი თეორიულად მივიდა იგივე დასკვნამდე იმავდროულად[7]). ნამდვილი იუკავას მეზონი არის π; ის წარმოიქმნება ატმოსფეროს ზედა ფენებში, მაგრამ მალევე იშლება სანამ დედამიწას მოაღწევს. პაუელის ჯგუფმა ეს ფოტო ფირზე აღბეჭდეს, რომელიც მაღალი მთის წვერზე გადაიღეს. დაშლის ერთერთი პროდუქტი არის შედარებით მსუბუქი და შედარებით დიდხანს მცოცხლები μ, და ესაა ის ნაწილაკი, რომელსაც ზღვის დონემდე აღწევს. იუკავას ნაწილაკის ძებნისას μ ეგონათ სწორედ ის რასაც ეძებდნენ, რომელსაც არაფერი ესქმებოდა ძლიერ ურთიერთქმედებაში. ფაქტობრივად μ იქცევა, როგორც მძიმე ელექტრონი და სამართლიანად მიეკუთვნება ლეპტონების ოჯახს. (მიუხედავად იმისა, რომ ზოგიერთი ჯგუფი, ჩვეულების გამო, მას მოიხსენიებს როგორც მიუ-მეზონი)
ანტინაწილაკები (1930 - 1956)
--------------------------------------------------
(გაგრძელება იქნება. როდის არ ვიცი
)
This post has been edited by asphurcela on 17 Oct 2012, 20:53 
დიდი ადრონული შეჯახება (LHC), LHC, ქვეყნის აღსასრულს გამოიწვევს?!
თბილისის ფორუმი -> თემატური ფორუმი -> მეცნიერება და განათლება -> ტექნიკური და საბუნებისმეტყველო მეცნიერებები
