Құрамы және заряды. Ядро радиусы

 
 
 
 
 
 
 
 

 
№15 дәріс 
Элементар бөлшектер.
Бөлшектердің электрмагниттік, күшті және әлсіз әрекеттесу. 
 
Элементар бөлшектер деп, қажалмайтын, басқа элементар объектілерге бөлінбейтін 
және мәңгі өмір сүре алатын элементар объектілер болып түсіндіріледі. Белгілі 
микробөлшектерді элементар бөлшектер деп есептеуге бола ма? Жалпы түрде айтсақ, 
бөлшектердің элементарлығы түсінігінің өзі жемісті болып табыла ма? Бұл сұрақ қазіргі 
физиканың негізгі мәселелерінің бірі болып табылады. 
ХХ ғасырдың басында электронның ашылуы және атомның ядролық моделінің шығуы 
элементар бөлшектердің алғашқы (бірінші) тізімін құрады; олар: электрон, фотон, протон. 
1932 жылы Чадвик нейтронды ашты, бұл барлық белгілі атом ядроларының модельдерін 
құруда мүмкіндік берді. Бірақ нейтрон еркін күйінде ұзақ өмір сүре алмайды (нейтронның 
өмір сүру уақыты шамамен 15 минуттай). Бұл кезде нейтрон протонға айналады, электрон 
нейтриноға алмасады. 1933 жылы элементар бөлшектердің саны алтыға шейін жетті. Бұл 
кезде әрбір элементар бөлшек тек соған ғана қатысты белгілі сапаларға ие болды (мысалы, 
заряд, масса, спин және тағы басқа қасиеттер). Бұл элементар бөлшектерді пайдалана 
отырып, сол кезде белгілі физикалық құбылыстардың сапалық түрдегі бейнесін құруға 
мүмкіндік болды. Мұның негізінде протон мен нейтронды элементар объектісі ретінде 
қарастырылып отырған сияқты болып көрінеді. Бірақ, егер энергиялары жоғары екі 
протонның соқтығысуы кезінде протонның ыдырау процесіне қарасақ онда протонның өзі 
басқа элементар объектілерден құрылған күрделі объектілер болып табылады деп ұғынуға 
болады. 
Отызыншы жылдардан кейін элементар бөлшектердің жасалған және ашылған саны өте кең 
түрде өсті (қазіргі кезде осындай бөлшектердің саны жүзден асып отыр). Әрине бұл 
ашылған бөлшектердің элементарлық түсінігі шын мәнінде күмән келтіріп отыр. Бұл 
микрообъектілер бұрынғысынша “элементар бөлшектер” деген атпен аталады. Бірақ, бұл 
бөлшектердің барлығы жайлы талдау жасап білу үшін және олардан күрделі материалды 
объектілерді құру үшін белгілі элементар бөлшектердің қандай бір классификациясының 
қажеттілігі туады. Элементар бөлшектердің жүйелілігіне негізгі әдіс болып типтер 
бойынша қатысатын өзара әсерлердің классификациясы жатады. Қазіргі уақытта өзара 
әсерлердің түбегейлі 4 түрі бар екендігі белгілі; олар: гравитациялық, әлсіз, 
электромагниттік, күшті – бұлар өзара әсерлердің интенсивтілігінің артуы бойынша 
орналасқан. 
Ең әлсіз – гравитациялық өзара әсерлер - әмбебап болып табылады және барлық денелердің 
өзара әсерлері кезінде білінеді. Бірақ микродүние процестерін сипаттау кезінде 
гравитациялық өзара әсерлер маңызды орын алмайды. Гравитациялық өзара әсерлер 
білінетін қашықтық шектеусіз. 
Әлсіз өзара әсер 

ыдырауының барлық түрлері кезінде білінеді, сонымен қатар нейтрино 
мен заттың өзара әсерлесулерінің барлық процестері кезінде де білінеді. Әлсіз өзара әсер 
қысқа аралықта ғана әсер етеді және шамамен 10
-15
м қашықтықта ғана білінеді. 
Электромагниттік өзара әсер – зарядталған бөлшектердің арасындағы өзара әсер болып 
табылады. Электромагниттік күштердің әсер ету радиусы шектеусіз. Күшті өзара әсер 
(ядролық өзара әсер) ядродағы нуклондардың байланысын қамтамасыз етеді. Күшті өзара 
әсер қысқа мерзімге әсер етеді, яғни шамамен 10
-15
м қашықтықта білінеді. 
Көрсетілген қасиеттерге байланысты элементар бөлшектердің түбегейлі өзара әсері 4 
негізгі топтарға бөлінеді. Бірінші топқа бір ғана фотон бөлшегі жатады немесе 
электромагниттік өрістің 

кванты жатады. Фотондар электромагниттік өзара әсерлесуге
қатысады. 
Келесі топқа күшті өзара әсерлесуге қатысатын жеңіл бөлшектер – лептондар жатады. Бұл 
топқа электрондар (е
-
, е
+
), электронды нейтрино (

е
, 
e
~

), мюондар (

-
, 

+
) және мюонды 
нейтрино (


, 


~
) жатады. Зарядталған лептондар сонымен қатар электромагниттік өзара 
әсерлесуге де қатысады. 
Үшінші топ мезондарды құрайды – олар, күшті өзара әсерлерге қатысушы тұрақсыз 
бөлшектер. Оларға 

-мезондар немесе пиондар (

+
,

-
,

о
), k-мезондар немесе каондар 

(k
+
,k
-
,k
о
,
o
k
~ ) және эта-мезон (

) жатады. Барлық мезондар үшін спин нольге тең. Мезондар 
массасы 1000 -ға тең өте ірі бөлшектер болып табылады. 
Төртінші топқа өзіне нуклондарды (

,n) және массалары нуклондардың массасынан артық 
болатын массасы тұрақсыз болатын гиперондарды (

, 

+
, 

-
, 

о
, 

о
, 

-
, 

-
) қосатын 
бариондар болып табылады. Барлық бариондар күшті өзара әсерлерге қатысады. Барлық 
бариондардың спині 1/2 -ге тең - бариондардың ыдырауы кезінде міндетті түрде жаңа 
барион пайда болады, яғни бариондар зарядының сақталу заңының білінуі болып табылады. 
Көп жағдайда барлық мезондар және бариондар адрондар деп аталады, олар өте 
үлкен, күшті өзара әсерлі бөлшектер болып табылады. 
1928 жылы ағылшын оқымыстысы П. Дирак, Шредингердің релятивистік 
теңдеулерін талдауларына сүйене отырып, электронның антибөлшегі (массалары тең, бірақ 
таңбалары әртүрлі) позитрон болып табылады деп болжам айтты. 1932 жылы позитрон 
космостық сәулелердің құрамында болатындығы анықталды. Бөлшек-антибөлшек 
қосарлануының ашылуы (электрон-позитрон) зарядтық-түйіндестік принципі деп аталатын 
элементар бөлшектердің симметриясын көрсетті. Бұл принцип бойынша, барлық 
зарядталған бөлшектер антибөлшектерге ие болуы мүмкін. Нейтрал бөлшектерге келетін 
зарядтық-түйіндестік принципті қорыту, нейтрондардағы және нейтриноларды 
антибөлшектердің болуын көрсетті. Бөлшектер мен антибөлшектердің қосылуы кезінде бұл
бөлшектердің екі еселенген тыныштық энергиясына тең болатын энергиясымен бөлінетін 
олардың аннигиляциясы болады. Мысалы, аннигиляция мен электрон-позитрон қосағының 
тууы 





2
e
e
1
1
. 1964 жылы Гелл-Манн кварктер туралы гипотеза ұсынды; бұл гипотеза 
бойынша барлық элементар бөлшектер, кварктер деп аталатын үш бөлшектердің 
комбинациясынан тұрады. Әдетте, кварктерді P, N, 

әріптерімен белгілейді және оларға 
+2/3, -1/3, -1/3 бөлшектік электрлік зарядтар жазылады, бұлар әрбір кварктерге сәйкес 
келеді.