54. Табиғаттағы элементар бөлшектер

Қарапайым бөлшектердің қасиеттері мен құрылымын зерттеу – қазіргі физиканың негізгі мәселелерінің бірі. Қазіргі кезде антибөлшектерді қосқанда 200-ге жуық Қарапайым бөлшек белгілі болып отыр. Солардың ішінен атомдар құрамына кіретін электрон, протон және нейтрон ғана. Протон мен нейтрондардан атом ядросы, ал электрондардан атомның электрондық қабықтары түзіледі. Қалған Қарапайым бөлшектер әдетте секундтың өте аз үлесіндей уақыт қана өмір сүреді. Қарапайым бөлшектер зат атомдарымен әсерлесуі нәтижесінде электрондар мен протондарға түрленеді. Электрон, позитрон, протон, антипротон, нейтрино, антинейтрино және фотоннан басқа бөлшектердің барлығы өздігінен ыдырайды. Қарапайым б-дің пайда болу мезеті мен ыдырау мезетінің арасындағы уақыт (тұрақсыз Э. б-дің өмір сүру уақыты деп аталатын) әдетте секундтың миллиондық және миллиардтық үлесіндей болады.

Табиғаттағы тұрақсыз Қарапайым бөлшектер ғарыштық сәулелерде (ғарыштағы үдей қозғалған протондар мен электрондардың атмосферадағы бөлшектерді соққылау кезінде) пайда болады. Алайда ғарыштық сәулелердегі тұрақсыз Қарапайым бөлшектердің қасиеттерін дәлірек зерттеу қиынырақ. Өйткені олардың қарқындылығы өте аз. Сондықтан одан гөрі зарядты бөлшектер үдеткішінде алынған Қарапайым бөлшектер шоғын зерттеу қолайлы. Үдеткіште жылдамдатылған протондардың не электрондардың энергиясы неғұрлым жоғары болған сайын ауыр, тұрақсыз Қарапайым бөлшектер алынады. Қазіргі кезде үдеткіштер бөлшектердің энергиясын 70 ГэВ-ке дейін жеткізе алады.

Қарапайым бөлшектердің мөлшері өте кішкентай (мыс., протонның мөлшері шамамен 10–13 см) болғандықтан, оларды ешқандай оптик. прибордың көмегімен көруге болмайды. Физиктер Қарапайым бөлшектер жөніндегі деректерді Қарапайым бөлшектердің зат арқылы өтуі кезінде пайда болған құбылыстарды зерттеу нәтижесінде алады. Мұндай құбылыстарға қозғалған бөлшектердің фотоэмульсиядағы (қ. Қалың қабатты фотопластинка әдісі) не арнаулы прибордағы (мыс., Вильсон камерасы, Көпіршікті камера, т.б.) іздері, Қарапайым бөлшектердің Черенков – Вавилов сәуле шығаруы, Қарапайым бөлшектер өткен кезде арнаулы санауыштарда пайда болатын разрядтар жатады.

Қарапайым бөлшектерді зерттеу саласында соңғы уақытта ірі табыстарға қол жетті. Қарапайым бөлшектердің құрылымы әзірше айқындалмаса да оларды нағыз элементар деп айтуға болмайды. Қарапайым бөлшектердің күрделі болатындығы олардың бір-бірімен әсерлесетіндігіне байланысты. Қарапайым бөлшектер бір-бірімен әсерлесе отырып басқа бір Қарапайым бөлшектерге түрленеді. Осы түрлену кезінде энергияның, импульстың және қозғалыс мөлшерінің заңдары, сондай-ақ арнаулы заңдар да (мыс, электр зарядының сақталу заңы, ғажаптылықтың сақталу заңы) орындалады.

Қарапайым бөлшектердің фотоннан басқасы лептондар, мезондар және бариондар деп аталатын үш топқа бөлінеді. Әр топтың өздеріне тән кванттық сандары болады. Э. б. гравитац. өзара әсерден басқа – күшті, эл.-магн. және әлсіз өзара әсерге қатысады. Әрбір Қарапайым бөлшектің антибөлшегі бар. Бөлшек пен антибөлшек жұбының қарапайым мысалына электрон мен позитрон жатады. Өзара әсерлесудің әр түріне сәйкес өзінің симметриясы болады. 20 ғ-дың 60-жылдары барлық белгілі Э. б. құ-ралады деп жорамалданатын және адрондардың күшті өзара әсеріне қатысатын – кварктер теориясы жасалды (американ физигі М.Гелл-Ман, австрия физигі Г.Цвейг). Кварктердің болатындығы әзірше іс жүзінде дәлелденген жоқ.

Біздерге таныс атом бөлшектері электрон, протон, нейтрон, солармен қатар фотон және нейтринолар Қарапайым бөлшектер болып табылады. Қарапайым бөлшектер қатарына антибөлшектер де кіреді. Электронның антибелшегін позитрон, ал протондікін антипротон деп атайды. Олар бір-бірінен зарядтарының таңбасымен ғана ерекшеленеді. Мысалы, электронның бір теріс элементар заряды бар болса (е ), позитрон бір оң элементар зарядты иеленеді (е+). Дәл осылай протон (р) бір оң элементар зарядты, ал анти-протон (р) бір теріс элементар зарядты иеленеді.