§8.9 Фотондар

Фотон - электромагниттік өрістегі қарапайым бөлшек, оны жиі электромагниттік өрістегі квант деп атайды. Оны символды түрде - деп белгілейді. Фотон туралы жалпы физиканың «оптика» бөлімінде жеткілікті түрде қарастырылды. Фотонның тыныштық массасы жоқ, тек қозғалыс массасы бар. Сондықтанда фотон өзара әсерлесу процесі кезінде, ерекше жоғары энергияға ие болады және басқа қарапайым бөлшектерге түрленеді. Фотон тек қозғалыста болғандықтан, оның қозғалыс массасы мына төмендегідей түрде өрнектеледі:

(8.9.1)

бұл масса фотонның қозғалыс энергиясына байланысты, ал басқа денелермен салыстырғанда, ол ішкі энергияға байланысты емес. Жоғарыда айтылғандай, басқа бөлшектерде кездесетін тыныштық массасы фотонда мүлдем болмайды.

Бөлшектердің ыдырау процесі кезінде, мысалы, мезондардың, гиперондардың , және резонанстардың ыдырау реакциясы кезінде фотон пайда болады. _{мезон ыдырау кезінде екі фотон түзіледі.}

(8.9.2)

гиперон ыдырағанда мынадай реакция орындалады:

(8.9.3)

Сол сияқты, гиперон ыдырағанда:

(8.9.4)

_{Позитрон мен электрон реакцияласқанда аннигиляцияланып екі гамма фотон пайда болады.}

(8.9.5)

Электрон ядромен немесе басқа жүйеде әсерлесу кезінде интенсивті фотон генерацияланады, соның нәтижесінде электронның траекториясы өзгереді. Бұл процесс кезінде тежегіш сәуле шығарады да, каскадты электронды-фотондық нөсер пайда болады.

Қарапайым бөлшектерде де антибөлшектер болады деген болатынбыз, олай болса, фотонда антибөлшек, яғни, антифотон бола ма деген сұрақ тууы мүмкін? Бірақ, мұндай қойылатын сұрақтың мағынасы болмайды, өйткені жәй кезде фотон болмайды, оның өзі аннигиляцияның өнімі болып есептеледі. Егер, аннигиляция вакуумда орындалса, (яғни, үшінші бөлшектің араласуынсыз), онда екі немесе одан да көп фотондар пайда болады. Бірақ, бұл кезде кері процесс орындалуы керек, яғни екі фотон қарама-қарсы соқтығысып, электрон-позитрондық жұп пайда болуға тиісті. Мұндай құбылыс алуға тәжірибелер жасалған жоқ. Шын мәнінде, тәжірибелер жасалса, дұрыс нәтиже беруі тиіс, онда сақталу заңын қанағаттандырған болар еді. Бұл жағдайда импульсі бар фотонды жәй бөлшек ретінде, импульсі антибөлшекті - деп қабылдауға болар еді. Электрон-позитрондық жұптың түрлену процесі фотондардың аннигиляциясы деп аталады.

§8.10Бөлшектерді орналастыру (сұрыптау)

ХХ ғасырдың ортасында -мезон ашылғаннан соң аз жылдардың ішінде көптеген яғни жүздеген ұсақ бөлшектер ашылды. Бұлардың қасиеттерін түсіну үшін көптеген тәжірибелер мен теориялар жасалып зерттеулер жүргізілді. Осындай бөлшектерді тәртіппен орналастыру қасиеттері бойынша өзара әрекеттесуге сүйеніп топтастырылды. Осы бөлшектердің бірі тек электромагниттік әсерлесуге ғана қатысады да, бір өзі жеке класс құрады, ол – фотон.

Бөлшектердің екінші класына –лептондар жатады. Олар күшті әсерлесуге араласпайды, бірақ әлсіз әсерлесуге (бұдан да әлсіз гравитациялық әсерлесуге) қатысады. Зарядталған лептондар әлсіз әсерлесумен қатар электромагниттік әсерлесуге де қатысады. Электрон, мюон және нейтриноның екі түрі - электронды нейтрино және - мюондық нейтрино жақсы зерттелген лептондар қатарына кіреді. Әрбір лептондардың антибөлшектері бар. Бұл лептондардан басқа – лептон және оның - нейтриноның ашылуына байланысты лептондар алтауға жетті.

Бөлшектердің үшінші класына – адрондар жатады. Күшті ядролық әсерлесуге қатысатын бөлшектерді – адрондар деп атайды. Адрондар деген грекше – күшті деген мағынаны білдіреді. Адрондар жоғарыда айтылғандай басқа күштерменде әсерлесе алады, бірақ жақын аралықта күшті әсерлесуі басым болады. Адрондар қатарына нуклондар пиондар тағы басқа көптеген ұсақ бөлшектер жатады. Адрондар екі кіші топқа бөлінеді: 1)бариондар (заряды +1 болатын бариондық бөлшектер және заряды -1 болатын бариондық антибөлшектер) және мезондар (заряды нөл болатын бариондық бөлшектер).

Бариондардың ыдырауы кезінде бариондар заряды сақталады. Протоннан жеңіл барион болмайды, сондықтан протон әрі ыдырамайды ол орнықты болып қалады. Осы қарапайым бөлшектердің толық мәліметті мына төмендегі 3-кестеден көре аламыз.

3-кесте

Әулеті		Бөлшектің аталуы	белгісі		Тыныштық масса (электрондық массада)	Меншікті энергиясы, МЭВ	Заряды (электронның бірлік зарядымен)	Спин һ/2π бірлікпен	Изотоптың спин	Қыңырлығы	Өмір сүру уақыты,сек	Ыдыраудың негізгі сұлбасы
			Бөлшек	Антибөлшек
Электромагниттік өріс		Фотон	γ		0	0	0	1	-	-	8	орнықты
лептондар	Электрондар әулеті	Электрон	е-	е+	1	0,511	1	½	-	-	8	орнықты
		Электронды нейтрино	νе		0	0	0	1/2	-	-	8	орнықты
	Мезондар әулеті	Мю-минус мезон	μ-	μ+	206,7	105,6	1	½	-	-	2,212.10-6	μ- е-+ е+ νμ
		Мю-мезонды нейтрино	νμ		0	0	0	½	-	-	8	орнықты
мезондар	π-мезондар	Пи-плюс мезон	π+	π-	273.2	139,5	1	0	1	0	2,56 -10-8	π+ μ++νμ π+ е++νе
		Пи-нөл-мезон	π0		264.2	134,97	0	0	1	0	1,8.10-16	π0 2γ
	К-мезондар	Ка-плюс мезон	К+	К-	966	494,8	1	0	½	1	1,2 10-8	К+ μ++νμ ; К+ π++ π0
		Ка- нөл мезон	К0	К0	975	497,8	0	0	½	1	8,8 10-10(к0) 5,810-4(К 02)	К01 2π0 ; К 01 π++π– К02 3π0 ; К 02 π++π–+π0 К02 π-+μ++νμ К02 π-+ е++νе
бариондар Бармондар	Нуклондар	Протон	Р		1836	938,3	1	½	½	0	8	Орнықты
		Нейтрон	n		1839	439,5	0	½	½	0	1,01 .108	N p +е-νе
	Гиперондар	Нөл Гиперон-ламді			2183	1115,6	0	½	0	-1	2,53 .10-10	0 Р+π- 0 n+π0
		Плюс-сигма	∑ +		2328	1189,5	1	½	1	-1	8,1 .10-11	∑+ Р+π0; ∑+ + n+π+
		Минус-сигма	∑-		2333	1197,3	1	½	1	-1	1,65 .108-10	∑- n+π-
		Нөл-сигма	∑0		2343	1192,2	0	½	1	-1	10-14	∑0 0+γ
		Минус-кси	-		2585	1321,2	1	½	½	-2	1,75 .10-10	- 0+π-
		Нөл-кси	0		2572	1314,7	0	½	½	-2	3,0 .10-10	0 0+π0
		Минус-омега	-		3278	1674,3	1	3\2	0	-3	1,5. 10-10	- 0+π: 0+К-