Цөмийн хуваагдал гэдэг нь хүнд атомыг ойролцоогоор ижил масстай хоёр хэсэг болгон хувааж, их хэмжээний энерги ялгарах явдал юм.

Цөмийн задралын нээлт эхэлсэн шинэ эрин үе- "атомын эрин үе". Үүнийг ашиглах боломж, эрсдэл ба ашгийн харьцаа нь зөвхөн нийгэм, улс төр, эдийн засаг, шинжлэх ухааны ололт амжилт, гэхдээ бас ноцтой асуудлууд. Цөмийн задралын үйл явц нь зөвхөн шинжлэх ухааны үүднээс авч үзвэл олон тооны оньсого, хүндрэлийг бий болгосон бөгөөд түүний бүрэн онолын тайлбар нь ирээдүйн асуудал юм.

Хуваалцах нь ашигтай

Өөр өөр цөмийн хувьд холбох энерги (нэг нуклон) өөр өөр байдаг. Илүү хүнд нь үечилсэн хүснэгтийн дунд байрладаг хүмүүсээс бага холбох энергитэй байдаг.

Энэ нь 100-аас дээш атомын дугаартай хүнд цөмүүд хоёр жижиг хэсгүүдэд хуваагдаж, улмаар хэсгүүдийн кинетик энерги болж хувирдаг энергийг ялгаруулдаг гэсэн үг юм. Энэ процессыг хуваах гэж нэрлэдэг

Тогтвортой нуклидын хувьд протоны тоог нейтроны тоотой харьцуулах тогтвортой байдлын муруйны дагуу хүнд цөмүүд хөнгөн цөмөөс илүү олон тооны нейтроныг (протоны тоотой харьцуулахад) илүүд үздэг. Энэ нь задралын үйл явцтай хамт зарим "нөөц" нейтрон ялгарах болно гэдгийг харуулж байна. Үүнээс гадна тэд ялгарсан энергийн нэг хэсгийг шингээх болно. Ураны атомын цөмийн задралын судалгаагаар 3-4 нейтрон ялгардаг болохыг харуулсан: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n.

Фрагментийн атомын дугаар (болон атомын масс) нь эцэг эхийн атомын массын талтай тэнцүү биш юм. Хагарлын үр дүнд үүссэн атомын массын хоорондох ялгаа нь ихэвчлэн 50 орчим байдаг. Гэсэн хэдий ч үүний шалтгаан нь бүрэн тодорхой болоогүй байна.

238 U, 145 La, 90 Br-ийн холболтын энерги нь 1803, 1198, 763 МэВ байна. Энэ нь энэ урвалын үр дүнд ураны цөмийн задралын энерги ялгарч, 1198 + 763-1803 = 158 МэВ-тэй тэнцүү гэсэн үг юм.

Аяндаа хуваагдах

Аяндаа хуваагдах үйл явц нь байгальд мэдэгдэж байгаа боловч маш ховор тохиолддог. Энэ үйл явцын дундаж наслалт нь ойролцоогоор 10 17 жил байдаг ба жишээлбэл, ижил радионуклидын альфа задралын дундаж хугацаа 10 11 жил байдаг.

Үүний шалтгаан нь цөм нь хоёр хэсэгт хуваагдахын тулд эхлээд деформацид (суналт) орж эллипсоид хэлбэрт орж, эцэст нь хоёр хэлтэрхий болж хуваагдахаас өмнө голд нь "хүзүү" үүсгэдэг.

Болзошгүй саад тотгор

Деформацийн төлөвт хоёр хүч нь цөмд үйлчилдэг. Үүний нэг нь гадаргуугийн энергийг нэмэгдүүлэх явдал юм. гадаргуугийн хурцадмал байдалшингэний дусал нь түүний бөмбөрцөг хэлбэрийг тайлбарладаг), нөгөө нь хуваагдлын хэсгүүдийн хоорондох Кулоны түлхэлт юм. Тэд хамтдаа боломжит саадыг бий болгодог.

Альфа задралын нэгэн адил ураны атомын цөмд аяндаа хуваагдал үүсэхийн тулд хэлтэрхийнүүд квант хонгил ашиглан энэ саадыг даван туулах ёстой. Альфа задралын нэгэн адил саад бэрхшээлийн утга нь ойролцоогоор 6 МэВ боловч альфа бөөмийн туннел үүсэх магадлал нь атомын задралын бүтээгдэхүүнээс хамаагүй их байдаг.

Албадан хуваах

Илүү их магадлалтай нь ураны цөмийн задралаас үүдэлтэй. Энэ тохиолдолд эхийн цөм нь нейтроноор цацраг туяагаар цацагдана. Хэрэв эцэг эх нь үүнийг шингээж авбал тэд холбогдож, боломжит саадыг даван туулахад шаардагдах 6 МэВ-ээс хэтрэх боломжтой чичиргээний энерги хэлбэрээр холбогч энергийг ялгаруулдаг.

Нэмэлт нейтроны энерги нь боломжит саадыг даван туулахад хүрэлцэхгүй бол ирж буй нейтрон нь атомын хуваагдлыг өдөөх чадвартай байхын тулд хамгийн бага кинетик энергитэй байх ёстой. 238 U тохиолдолд нэмэлт нейтронуудын холболтын энерги ойролцоогоор 1 МэВ дутагдаж байна. Энэ нь ураны цөмийн хуваагдал нь зөвхөн 1 МэВ-ээс их кинетик энергитэй нейтроноор өдөөгддөг гэсэн үг юм. Нөгөөтэйгүүр, 235 U изотоп нь нэг хосгүй нейтронтой. Цөм нь нэмэлтийг шингээх үед түүнтэй хосолдог бөгөөд энэ хосолсон нь нэмэлт холболтын энерги үүсгэдэг. Энэ нь цөмийн боломжит саадыг даван туулахад шаардагдах энергийн хэмжээг гаргахад хангалттай бөгөөд аливаа нейтронтой мөргөлдөх үед изотопын хуваагдал үүсдэг.

Бета задрал

Хэдийгээр задралын урвал нь гурваас дөрвөн нейтрон үүсгэдэг ч фрагментууд нь тогтвортой изобараас илүү нейтрон агуулдаг. Энэ нь задралын хэсгүүд бета задралд тогтворгүй байх хандлагатай гэсэн үг юм.

Жишээлбэл, ураны цөм 238 U хуваагдах үед A = 145-тай тогтвортой изобар нь неодим 145 Nd байх бөгөөд энэ нь лантан 145 La хэлтэрхий гурван үе шаттайгаар задарч, бүр электрон болон антинейтрино ялгаруулдаг гэсэн үг юм. тогтвортой нуклид үүсдэг. A = 90-тэй тогтвортой изобар нь циркони 90 Zr тул бромын 90 Br задралын хэсэг нь β задралын гинжин хэлхээний таван үе шатанд задардаг.

Эдгээр β задралын гинж нь нэмэлт энерги ялгаруулдаг бөгөөд бараг бүгдийг нь электронууд болон антинейтриноууд зөөдөг.

Цөмийн урвал: ураны цөмийн хуваагдал

Цөмийн тогтвортой байдлыг хангахын тулд хэт олон нейтрон агуулсан нуклидаас шууд нейтрон ялгарах магадлал бага. Энд гол зүйл бол Кулоны түлхэлт байхгүй тул гадаргуугийн энерги нь нейтроныг эцэг эхтэй нь холбох хандлагатай байдаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь заримдаа тохиолддог. Жишээлбэл, бета задралын эхний үе шатанд 90 Br-ийн хуваагдлын фрагмент нь криптон-90-ийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь гадаргуугийн энергийг даван туулах хангалттай энерги бүхий өдөөгдсөн төлөвт байж болно. Энэ тохиолдолд криптон-89 үүсэх үед нейтроны ялгаралт шууд үүсч болно. тогтвортой иттрий-89 болох хүртэл β задралд тогтворгүй хэвээр байгаа тул криптон-89 гурван үе шаттайгаар задардаг.

Ураны цөмийн задрал: гинжин урвал

Явах урвалын үед ялгарсан нейтроныг өөр эх цөм шингээж, дараа нь өөрөө өдөөгдсөн хуваагдалд ордог. Уран-238-ын хувьд үүссэн гурван нейтрон нь 1 МэВ-ээс бага энергитэй гарч ирдэг (ураны цөмийн задралын үед ялгардаг энерги - 158 МэВ нь үндсэндээ хуваагдлын хэсгүүдийн кинетик энерги болж хувирдаг. ), тиймээс тэд энэ нуклидын цаашдын хуваагдлыг үүсгэж чадахгүй. Гэсэн хэдий ч ховор 235 U изотопын их хэмжээний концентрацитай үед эдгээр чөлөөт нейтроныг 235 U цөмд барьж авах боломжтой бөгөөд энэ нь хуваагдал үүсгэдэг, учир нь энэ тохиолдолд хуваагдал өдөөгддөггүй энергийн босго байдаггүй.

Ийм л зарчимтай гинжин урвал.

Цөмийн урвалын төрлүүд

Энэ гинжин хэлхээний n үе шатанд хуваагддаг материалын дээжинд үүссэн нейтроны тоог n - 1 үе шатанд үүссэн нейтроны тоонд хуваасан тоог k гэж үзье. Энэ тоо нь n - 1 үе шатанд үүссэн хэдэн нейтроныг шингээж авахаас хамаарна. албадан хуваагдаж болох цөмөөр .

Хэрэв к< 1, то цепная реакция просто выдохнется и процесс остановится очень быстро. Именно это и происходит в природной в которой концентрация 235 U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.

Хэрэв k > 1 бол гинжин урвал нь бүх задрах материалыг дуустал ургана.Үүнд байгалийн хүдрийг баяжуулж уран-235-ын хангалттай их концентрацийг олж авдаг. Бөмбөрцөг хэлбэрийн дээжийн хувьд нейтрон шингээх магадлал нэмэгдэхийн хэрээр k-ийн утга өсдөг бөгөөд энэ нь бөмбөрцгийн радиусаас хамаарна. Тиймээс ураны бөөмийн задрал (гинжин урвал) үүсэхийн тулд U масс тодорхой хэмжээнээс хэтрэх ёстой.

Хэрэв k = 1 бол хяналттай урвал явагдана. Үүнийг ашигладаг. Энэ үйл явц нь нейтронуудын ихэнхийг шингээдэг ураны хооронд кадми эсвэл борын саваа тараах замаар хянагддаг (эдгээр элементүүд нь нейтроныг барьж авах чадвартай). Ураны цөмийн хуваагдлыг савааг хөдөлгөж автоматаар удирддаг бөгөөд ингэснээр k-ийн утга нэгдэлтэй тэнцүү хэвээр байна.

Том шинжлэх ухаан, жижиг шинжлэх ухаан гэсэн хоёр төрлийн шинжлэх ухаан байдаг гэж ихэвчлэн ярьдаг. Атомыг хуваах нь маш том шинжлэх ухаан юм. Энэ нь асар том туршилтын байгууламжтай, асар их төсөвтэй бөгөөд Нобелийн шагналын арслангийн хувийг хүртдэг.

Яагаад физикчид атомыг хуваах шаардлагатай болсон бэ? Энгийн хариулт - атом хэрхэн ажилладагийг ойлгох нь үнэний зөвхөн нэг хэсгийг агуулдаг боловч илүү ерөнхий шалтгаан бий. Атом хуваагдах тухай шууд утгаар ярих нь тийм ч зөв биш юм. Бодит байдал дээр бид өндөр энергитэй бөөмсүүдийн мөргөлдөх тухай ярьж байна. Өндөр хурдтай хөдөлж буй субатомын бөөмс мөргөлдөх үед харилцан үйлчлэл, талбайн шинэ ертөнц үүсдэг. Асар их энерги агуулсан материйн хэлтэрхийнүүд мөргөлдөөний дараа тархаж, атомын гүнд оршуулсан "ертөнцийг бүтээх" байгалийн нууцыг нуун дарагдуулдаг.

Өндөр энергитэй тоосонцор мөргөлддөг суурилуулалтууд - бөөмийн хурдасгуурууд нь хэмжээ, өртөгөөрөө гайхалтай юм. Тэд хэдэн километрийн зайд хүрч, бөөмийн мөргөлдөөнийг судалдаг лабораториудтай харьцуулахад өчүүхэн мэт санагддаг. Бусад бүс нутагт Шинжлэх ухааны судалгаатоног төхөөрөмж нь лабораторид байрладаг бөгөөд өндөр энергийн физикийн хувьд лабораториуд хурдасгуурт холбогдсон байдаг. Саяхан Женевийн ойролцоо байрладаг Европын Цөмийн Судалгааны Төв (CERN) цагираган хурдасгуур барихад хэдэн зуун сая доллар хуваарилжээ. Энэ зорилгоор барьж буй хонгилын тойрог 27 км хүрдэг. LEP (Том электрон-позитрон цагираг) гэж нэрлэгддэг хурдасгуур нь электронууд болон тэдгээрийн эсрэг хэсгүүдийг (позитронууд) гэрлийн хурдаас зөвхөн "үсний өргөн" хурдтай хурдасгах зориулалттай. Эрчим хүчний цар хүрээний талаар ойлголттой болохын тулд электронуудын оронд пенни зоос ийм хурдтай хурдасч байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Хурдатгалын мөчлөгийн төгсгөлд 1,000 сая долларын цахилгаан үйлдвэрлэх хангалттай эрчим хүч байх болно! Ийм туршилтыг ихэвчлэн "өндөр энерги" физик гэж ангилдаг нь гайхах зүйл биш юм. Бөгжний дотор бие бие рүүгээ хөдөлж, электрон ба позитроны цацрагууд хоорондоо мөргөлддөг бөгөөд электронууд болон позитронууд устаж, өөр хэдэн арван бөөмс үүсгэхэд хангалттай энерги ялгаруулдаг.

Эдгээр тоосонцор юу вэ? Тэдгээрийн зарим нь атомын цөмийг бүрдүүлдэг протон ба нейтрон, цөмийн эргэн тойронд эргэлддэг электронууд болох бидний бүтээсэн "барилгын материал" юм. Бусад тоосонцор бидний эргэн тойронд байгаа бодисоос ихэвчлэн олддоггүй: тэдний ашиглалтын хугацаа маш богино бөгөөд хугацаа нь дууссаны дараа тэд энгийн бөөмс болж задардаг. Ийм тогтворгүй богино хугацааны тоосонцоруудын сортуудын тоо гайхалтай юм: тэдгээрийн хэдэн зуун нь аль хэдийн мэдэгддэг. Оддын нэгэн адил тогтворгүй тоосонцор хэтэрхий олон байдаг тул нэрээр нь ялгах боломжгүй. Тэдний олонх нь зөвхөн Грек үсгээр, зарим нь зөвхөн тоогоор тэмдэглэгдсэн байдаг.

Эдгээр олон тооны, олон янзын тогтворгүй тоосонцор нь шууд утгаараа биш гэдгийг санах нь чухал юм. бүрэлдэхүүн хэсгүүдпротон, нейтрон эсвэл электрон. Мөргөлдөх үед өндөр энергитэй электронууд болон позитронууд олон субатомын хэлтэрхийд тараагддаггүй. Бусад объектуудаас (кваркуудаас) бүрдэх өндөр энергитэй протонуудын мөргөлдөөнд ч тэдгээр нь дүрмээр бол ердийн утгаараа бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд хуваагддаггүй. Ийм мөргөлдөөнд юу тохиолдох нь мөргөлдөөний энергиээс шинэ бөөмсийг шууд бий болгох гэж үзэх нь дээр.

Хориод жилийн өмнө физикчдийг төгсгөлгүй мэт санагдах шинэ субатомын бөөмсийн тоо, төрөл зүйл бүрмөсөн гайхшруулж байв. Үүнийг ойлгох боломжгүй байсан Юуны төлөөмаш олон тоосонцор. Магадгүй энгийн тоосонцор нь амьтны хүрээлэнгийн оршин суугчидтай адил бөгөөд гэр бүлийн далд харьяалалтай боловч тодорхой ангилал зүйгүй байдаг. Эсвэл зарим өөдрөг үзэлтнүүдийн үзэж байгаагаар энгийн тоосонцор орчлон ертөнцийн түлхүүрийг атгадаг болов уу? Физикчдийн ажиглаж буй бөөмсүүд юу вэ: материйн өчүүхэн, санамсаргүй хэлтэрхийнүүд эсвэл бидний нүдний өмнө гарч ирж буй бүдэг бадаг дэг журмын тоймууд нь дэд цөмийн ертөнцийн баялаг, нарийн төвөгтэй бүтэцтэй болохыг харуулж байна уу? Одоо ийм бүтэц бий гэдэгт эргэлзэх зүйл алга. Бичил ертөнцөд гүн гүнзгий бөгөөд оновчтой дэг журам байдаг бөгөөд бид эдгээр бүх бөөмсийн утгыг ойлгож эхэлдэг.

18-р зууны нэгэн адил мэдэгдэж буй бүх бөөмсийг системчилсэний үр дүнд бичил ертөнцийг ойлгох анхны алхамыг хийсэн. биологичид ургамал, амьтны зүйлийн нарийвчилсан каталогийг эмхэтгэсэн. Субатомын бөөмсийн хамгийн чухал шинж чанарууд нь масс, цахилгаан цэнэг, спин юм.

Масс ба жин нь хоорондоо холбоотой байдаг тул өндөр масстай бөөмсийг ихэвчлэн "хүнд" гэж нэрлэдэг. Эйнштейний харилцаа E =mc^ 2 нь бөөмийн масс нь түүний энерги, тиймээс хурдаас хамаардаг болохыг харуулж байна. Хөдөлгөөнт бөөмс нь хөдөлгөөнгүйгээс илүү хүнд байдаг. Тэд бөөмийн массын тухай ярихдаа үүнийг хэлдэг амрах масс,Учир нь энэ масс нь хөдөлгөөний төлөв байдлаас хамаардаггүй. Амралтгүй масс нь тэгтэй бөөмс гэрлийн хурдаар хөдөлдөг. Амралтын масс тэгтэй бөөмийн хамгийн тод жишээ бол фотон юм. Электрон бол 0-ээс ялгаатай тайван масстай хамгийн хөнгөн бөөмс гэж үздэг. Протон ба нейтрон нь бараг 2000 дахин хүнд байдаг бол лабораторид бий болсон хамгийн хүнд (Z бөөмс) электроны массаас 200,000 дахин их байдаг.

Бөөмүүдийн цахилгаан цэнэг нь маш нарийн хязгаарт хэлбэлздэг боловч бидний тэмдэглэснээр энэ нь үргэлж цэнэгийн үндсэн нэгжийн үржвэр юм. Фотон, нейтрино зэрэг зарим бөөмс нь цахилгаан цэнэггүй байдаг. Хэрэв эерэг цэнэгтэй протоны цэнэгийг +1 гэж үзвэл электроны цэнэг -1 болно.

ch-д. 2 Бид бөөмсийн өөр нэг шинж чанарыг танилцуулсан - ээрэх. Мөн түүхэн шалтгаанаар 1 гэж сонгосон зарим үндсэн нэгжийн үржвэрийн утгыг үргэлж авдаг. /2. Тиймээс протон, нейтрон, электронууд нь спинтэй байдаг 1/2, мөн фотоны спин нь 1. Спин 0, 3/2, 2-той бөөмсийг бас мэддэг.2-оос их спинтэй суурь бөөмсийг олж илрүүлээгүй бөгөөд онолчид ийм спинтэй бөөмс байхгүй гэж үздэг.

Бөөмийн эргэлт нь чухал шинж чанар бөгөөд түүний үнэ цэнээс хамааран бүх бөөмсийг хоёр ангилалд хуваадаг. Спин 0, 1, 2-той бөөмсийг Энэтхэгийн физикч Чатиендранат Босегийн нэрээр "бозонууд" гэж нэрлэдэг ба хагас бүхэл спинтэй хэсгүүдийг (жишээ нь 1/2 эсвэл 3/2 спинтэй) - Энрико Фермигийн хүндэтгэлд зориулсан "фермионууд". Эдгээр хоёр ангийн аль нэгэнд хамаарах нь бөөмийн шинж чанарын жагсаалтад хамгийн чухал нь байж магадгүй юм.

Бөөмийн өөр нэг чухал шинж чанар бол түүний амьдрах хугацаа юм. Саяхныг хүртэл электрон, протон, фотон, нейтрино нь туйлын тогтвортой байдаг гэж үздэг байсан. хязгааргүй урт наслах. Нейтрон цөмд "түгжигдсэн" үед тогтвортой хэвээр байх боловч чөлөөт нейтрон нь ойролцоогоор 15 минутын дотор задалдаг. Бусад бүх мэдэгдэж буй бөөмс нь маш тогтворгүй бөгөөд амьдрах хугацаа нь хэдхэн микросекундээс 10-23 секундын хооронд хэлбэлздэг. Ийм хугацааны интервал нь ойлгомжгүй мэт санагддаг. жижиг боловч гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай нисдэг бөөмс (ба хурдасгуур дээр төрсөн ихэнх бөөмс яг ийм хурдтай хөдөлдөг) микросекундэд 300 м зайд нисч чаддаг гэдгийг мартаж болохгүй.

Тогтворгүй тоосонцор нь задралд ордог бөгөөд энэ нь квант процесс бөгөөд иймээс задралд урьдчилан таамаглах боломжгүй элемент үргэлж байдаг. Тодорхой бөөмийн ашиглалтын хугацааг урьдчилан таамаглах боломжгүй. Статистикийн үндэслэлд үндэслэн зөвхөн дундаж наслалтыг урьдчилан таамаглах боломжтой. Ихэвчлэн тэд бөөмийн хагас задралын тухай ярьдаг - ижил хэсгүүдийн популяци хоёр дахин багасдаг цаг. Туршилтаас харахад популяцийн хэмжээ буурах нь экспоненциал байдлаар (6-р зургийг үз) бөгөөд хагас задралын хугацаа нь амьдралын дундаж хугацааны 0.693 байна.

Физикчид энэ эсвэл тэр бөөмс байдаг гэдгийг мэдэх нь хангалтгүй - тэд түүний үүрэг юу болохыг ойлгохыг хичээдэг. Энэ асуултын хариулт нь дээр дурдсан бөөмсийн шинж чанар, түүнчлэн бөөмс дээр гаднаас болон дотроос үйлчлэх хүчний шинж чанараас хамаарна. Юуны өмнө бөөмийн шинж чанар нь түүний хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцох чадвараар (эсвэл чадваргүй) тодорхойлогддог. Хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдог бөөмсийг тусгай анги бүрдүүлдэг бөгөөд тэдгээрийг дууддаг андронс.Сул харилцан үйлчлэлд оролцдог ба хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдоггүй бөөмсийг нэрлэдэг лептонууд,Энэ нь "уушиг" гэсэн утгатай. Эдгээр гэр бүл тус бүрийг товчхон авч үзье.

Лептонууд

Лептонуудаас хамгийн алдартай нь электрон юм. Бүх лептонуудын нэгэн адил энэ нь энгийн, цэгтэй төстэй объект юм. Мэдэгдэж байгаагаар электрон нь дотоод бүтэцгүй, өөрөөр хэлбэл. бусад хэсгүүдээс бүрддэггүй. Хэдийгээр лептонууд цахилгаан цэнэгтэй ч байж болох ч үгүй ​​ч бүгд ижил эргэлттэй байдаг 1/2, тиймээс тэдгээрийг фермион гэж ангилдаг.

Өөр нэг алдартай, гэхдээ цэнэггүй лептон бол нейтрино юм. Бүлэгт аль хэдийн дурдсанчлан. 2, нейтрино нь сүнс шиг баригдашгүй юм. Нейтрино нь хүчтэй эсвэл цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд оролцдоггүй тул бодисыг бараг бүрмөсөн үл тоомсорлож, тэнд огт байхгүй юм шиг нэвтэрдэг. Нейтриногийн өндөр нэвтрэх чадвар урт хугацаандТэдний оршин тогтнох туршилтын баталгааг маш хэцүү болгосон. Нейтрино нь лабораторид эцэст нь нээгдсэн гэж таамаглаж байснаас хойш бараг гучин жилийн дараа л болсон. Физикчид цөмийн реакторуудыг бий болгохыг хүлээх хэрэгтэй болсон их хэмжээнийнейтрино, зөвхөн тэр үед л нэг бөөмийн цөмтэй шууд мөргөлдсөнийг бүртгэж, улмаар энэ нь үнэхээр оршин байгааг нотлох боломжтой болсон. Өнөөдөр хурдасгуур дахь бөөмсийн задралаас үүссэн, шаардлагатай шинж чанартай нейтрино цацрагтай илүү олон туршилт хийх боломжтой. Нейтриногийн дийлэнх нь зорилтот байг үл тоомсорлодог боловч үе үе нейтрино нь байтай харьцдаг хэвээр байгаа нь үүнийг олж авах боломжтой болгодог. хэрэгтэй мэдээлэлбусад бөөмсийн бүтэц, сул харилцан үйлчлэлийн мөн чанарын тухай. Мэдээжийн хэрэг, нейтринотой туршилт хийх нь бусад субатомын тоосонцортой хийсэн туршилтаас ялгаатай нь тусгай хамгаалалт ашиглах шаардлагагүй юм. Нейтриногийн нэвтрэн орох хүч нь маш их бөгөөд тэдгээр нь бүрэн гэм хоргүй бөгөөд хүний ​​биед өчүүхэн ч хор хөнөөл учруулахгүйгээр дамжин өнгөрдөг.

Хэдийгээр биет бус ч гэсэн нейтрино нь бусад мэдэгдэж буй бөөмсүүдийн дунд онцгой байр суурь эзэлдэг, учир нь тэдгээр нь электрон болон протонуудаас тэрбум нэгээр илүү байдаг тул орчлон ертөнцийн хамгийн элбэг бөөмс юм. Орчлон ертөнц нь үндсэндээ нейтриногийн далай бөгөөд заримдаа атом хэлбэрээр оршдог. Нейтриногийн нийт масс нь оддын нийт массаас давсан байх магадлалтай тул сансрын таталцалд гол хувь нэмэр оруулдаг нейтрино юм. ЗХУ-ын хэсэг судлаачдын үзэж байгаагаар нейтрино нь өчүүхэн, гэхдээ тэг биш, тайван масстай (электроны массын арван мянганы нэгээс бага); Хэрэв энэ үнэн бол таталцлын нейтрино нь орчлон ертөнцөд ноёрхдог бөгөөд энэ нь ирээдүйд түүний сүйрэлд хүргэж болзошгүй юм. Тиймээс, эхлээд харахад хамгийн "хор хөнөөлгүй", биет бус бөөмс болох нейтрино нь бүх ертөнцийг сүйрүүлэх чадвартай.

Бусад лептонуудын дунд 1936 онд сансрын цацрагийн харилцан үйлчлэлийн бүтээгдэхүүнээс олдсон мюоныг дурдах хэрэгтэй; Энэ нь тогтворгүй субатомын анхны тоосонцоруудын нэг болж хувирсан. Тогтвортой байдлаас бусад бүх талаараа мюон нь электронтой төстэй: ижил цэнэг, эргэлттэй, ижил харилцан үйлчлэлд оролцдог боловч том масс. Секундын хоёр саяны нэг орчимд мюон нь электрон болон хоёр нейтрино болж задардаг. Мюон нь байгальд өргөн тархсан бөгөөд дэлхийн гадаргуу дээр Гейгерийн тоолуураар илрүүлдэг сансрын арын цацрагийн ихээхэн хэсгийг бүрдүүлдэг.

Олон жилийн турш электрон ба мюон нь зөвхөн мэдэгдэж байсан цэнэгтэй лептонууд хэвээр байв. Дараа нь 1970-аад оны сүүлээр гурав дахь цэнэглэгдсэн лептоныг нээсэн бөгөөд үүнийг тау лептон гэж нэрлэдэг. 3500 орчим электрон масстай, тау лептон нь цэнэгтэй лептонуудын гурвалын "хүнд жинтэй" нь ойлгомжтой боловч бусад бүх талаараа электрон ба мюон шиг ажилладаг.

Мэдэгдэж буй лептонуудын энэ жагсаалт дуусаагүй байна. 60-аад онд хэд хэдэн төрлийн нейтрино байдгийг олж мэдсэн. Нэг төрлийн нейтрино нь нейтроны задралын үед электронтой хамт, харин мюон үүсэх үед өөр төрлийн нейтрино үүсдэг. Нейтриногийн төрөл бүр өөрийн цэнэглэгдсэн лептонтой хос хосоороо оршдог; тиймээс "электрон нейтрино" ба "мюон нейтрино" байдаг. Тау лептоныг төрөх үед гурав дахь төрлийн нейтрино байх магадлалтай. Энэ тохиолдолд нийт тооГурван төрлийн нейтрино байдаг бөгөөд нийт лептоны тоо зургаан байна (Хүснэгт 1). Мэдээжийн хэрэг, лептон бүр өөрийн эсрэг бөөмстэй байдаг; Тиймээс янз бүрийн лептонуудын нийт тоо арван хоёр байна.

Хүснэгт 1

Зургаан лептон нь цэнэглэгдсэн ба төвийг сахисан өөрчлөлттэй тохирч байна (эсрэг бөөмсийг хүснэгтэд оруулаагүй болно). Масс ба цэнэгийг электрон масс ба цэнэгийн нэгжээр тус тус илэрхийлнэ. Нейтрино нь бага масстай байж магадгүй гэсэн нотолгоо байдаг

Адронууд

Мэдэгдэж байгаа цөөн тооны лептонуудаас ялгаатай нь хэдэн зуун адрон байдаг. Зөвхөн энэ нь адронууд нь энгийн бөөмс биш, харин жижиг бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүтээгдсэн болохыг харуулж байна. Бүх адронууд хүчтэй, сул ба таталцлын харилцан үйлчлэлд оролцдог боловч цахилгаан цэнэгтэй, төвийг сахисан гэсэн хоёр төрөлд байдаг. Адронуудын дотроос хамгийн алдартай бөгөөд өргөн тархсан нь нейтрон ба протон юм. Үлдсэн адронууд нь богино настай бөгөөд харилцан үйлчлэлийн сул байдлаас болж секундын саяны нэг хүрэхгүй хугацаанд, эсвэл хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас илүү хурдан (10-23 секундын дараа) ялзардаг.

1950-иад онд физикчид адронуудын тоо, олон янз байдлын талаар маш их гайхдаг байв. Гэвч бөөмсийг бага багаар гурав ангилсан чухал шинж чанарууд: масс, цэнэг ба буцах. Аажмаар эмх цэгцтэй байдлын шинж тэмдэг илэрч, тодорхой дүр зураг гарч эхлэв. Мэдээллийн илэрхий эмх замбараагүй байдлын цаана тэгш хэм нуугдаж байгаа гэсэн санаанууд байдаг. 1963 онд Калифорнийн Технологийн Хүрээлэнгийн Мюррей Гелл-Манн, Жорж Цвейг нар кваркуудын онолыг санал болгосноор адронуудын нууцыг тайлах шийдвэрлэх алхам болжээ.

Цагаан будаа. 10 Адронуудыг кваркуудаас бүтээдэг. Протон (дээд хэсэг) нь хоёр кварк ба нэг д кваркаас бүрдэнэ. Хөнгөн пион (доод) нь нэг u-кварк ба нэг д-антикваркаас бүрдэх мезон юм. Бусад адронууд нь бүх төрлийн кваркуудын нэгдэл юм.

Энэ онолын гол санаа нь маш энгийн. Бүх адронууд нь кварк гэж нэрлэгддэг жижиг хэсгүүдээс тогтдог. Кваркууд хоёр аргын аль нэгээр бие биетэйгээ нэгдэж болно боломжит арга замууд: гурвалсан эсвэл кварк-антикварк хосоор. Харьцангуй хүнд хэсгүүд нь гурван кваркаас тогтдог. барионууд,Энэ нь "хүнд хэсгүүд" гэсэн утгатай. Хамгийн сайн мэддэг барионууд нь нейтрон ба протон юм. Хөнгөн кварк-антикварк хосууд нь бөөмсийг үүсгэдэг мезон -"завсрын хэсгүүд". Энэ нэрийг сонгосон нь анхны нээсэн мезонууд электрон ба протоны хоорондох массын завсрын байрлалыг эзэлдэгтэй холбон тайлбарлаж байна. Тухайн үед мэдэгдэж байсан бүх адронуудыг харгалзан үзэхийн тулд Гелл-Манн, Цвейг нар гурван өөр төрлийн кваркуудыг (амтыг) нэвтрүүлсэн бөгөөд тэдгээр нь нэлээд гоёмсог нэртэй болсон: Тэгээд(аас дээш-дээд), г(аас доош -доод) болон s (-аас хачин- хачин). Төрөл бүрийн амтыг хослуулах боломжийг олгосноор олон тооны адрон байдаг гэдгийг тайлбарлаж болно. Жишээлбэл, протон нь хоёроос бүрдэнэ Тэгээд-ба нэг d-кварк (Зураг 10), нейтрон нь хоёр д-кварк ба нэг у-кваркаас тогтдог.

Гелл-Манн, Цвейг нарын дэвшүүлсэн онол үр дүнтэй байхын тулд кваркууд нь бутархай цахилгаан цэнэгтэй гэж үзэх шаардлагатай. Өөрөөр хэлбэл, тэдгээр нь үндсэн нэгж болох электроны цэнэгийн 1/3 эсвэл 2/3 нь цэнэгтэй байдаг. Хоёр ба гурван кваркийн хослол нь цэвэр цэнэгтэй байж болно тэгтэй тэнцүүэсвэл нэгж. Бүх кваркууд 1/2 спинтэй байдаг. тиймээс тэдгээрийг фермион гэж ангилдаг. Адрон дахь тэдгээрийн холболтын энерги нь кваркуудын масстай харьцуулах боломжтой тул кваркуудын массыг бусад бөөмсийн масстай адил нарийн тодорхойлдоггүй. Гэсэн хэдий ч s-кварк илүү хүнд байдаг нь мэдэгдэж байна Тэгээд-ба d-кваркууд.

Адрон дотор кваркууд нь атомын өдөөгдсөн төлөвтэй адил өдөөгдсөн төлөвт байж болох ч илүү өндөр энергитэй байдаг. Өдөөгдсөн адронд агуулагдах илүүдэл энерги нь түүний массыг маш ихээр нэмэгдүүлдэг тул кваркийн онолыг бий болгохоос өмнө физикчид өдөөгдсөн адроныг огт өөр бөөмс гэж андуурч байжээ. Өөр өөр мэт санагдах адронуудын ихэнх нь яг үнэндээ ижил үндсэн кваркуудын өдөөгдсөн төлөвүүд болох нь одоо тогтоогдсон.

Бүлэгт аль хэдийн дурдсанчлан. 5, кваркууд нь хүчтэй харилцан үйлчлэлийн үр дүнд хамтдаа байдаг. Гэхдээ тэд бас сул харилцаанд оролцдог. Сул харилцан үйлчлэл нь кваркийн амтыг өөрчилж болно. Ингэж нейтроны задрал үүсдэг. Нейтрон дахь d-кваркуудын нэг нь u-кварк болж хувирах ба илүүдэл цэнэг нь нэгэн зэрэг төрсөн электроныг зөөдөг. Үүний нэгэн адил амтыг өөрчилснөөр сул харилцан үйлчлэл нь бусад адронуудын задралд хүргэдэг.

С-кваркууд байх нь 50-иад оны эхээр нээгдсэн "хачирхалтай" тоосонцор буюу хүнд адронуудыг бүтээхэд зайлшгүй шаардлагатай юм. Тэдний нэрийг санал болгосон эдгээр бөөмсийн ер бусын зан чанар нь тэд өөрсдөө болон тэдгээрийн задралын бүтээгдэхүүн хоёулаа адрон байсан ч хүчтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас ялзарч чадахгүй байсан явдал байв. Физикчид эх, охин хоёр хоёулаа адроны гэр бүлд харьяалагддаг бол хүчтэй хүч нь тэднийг муудуулдаггүйн учрыг эргэлзэж байна. Зарим шалтгааны улмаас эдгээр адронууд илүү бага эрчимтэй сул харилцан үйлчлэлийг илүүд үздэг байв. Яагаад? Кваркийн онол уг нууцыг тайлсан. Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь кваркуудын амтыг өөрчилж чадахгүй - зөвхөн сул харилцан үйлчлэл нь үүнийг хийж чадна. Мөн амт нь өөрчлөгдөөгүй, s-кварк болж хувирах дагалддаг Тэгээд-эсвэл d-кварк, задрал нь боломжгүй юм.

Хүснэгтэнд Зураг 2-т гурван амттай кваркуудын янз бүрийн боломжит хослолууд ба тэдгээрийн нэрсийг (ихэвчлэн Грек үсэг) үзүүлэв. Олон тооны сэтгэл хөдөлсөн төлөвийг харуулаагүй байна. Мэдэгдэж буй бүх адроныг гурван үндсэн бөөмийн янз бүрийн хослолоос гаргаж авах боломжтой байсан нь кваркийн онолын гол ялалтыг бэлэгддэг. Гэсэн хэдий ч ийм амжилтанд хүрсэн ч хэдхэн жилийн дараа кваркууд байгаагийн шууд биет нотолгоог олж авах боломжтой болсон.

Энэхүү нотлох баримтыг 1969 онд Стэнфорд (Калифорни, АНУ) - SLAC дахь том шугаман хурдасгуур дээр хийсэн хэд хэдэн түүхэн туршилтаар олж авсан. Стэнфордын туршилтчид энгийнээр тайлбарлав. Хэрэв протонд үнэхээр кваркууд байгаа бол протон доторх эдгээр хэсгүүдтэй мөргөлдөхийг ажиглаж болно. Шаардлагатай бүх зүйл бол протоны гүн рүү шууд чиглүүлж болох дэд цөмийн "пугас" юм. Энэ зорилгоор өөр адрон ашиглах нь ашиггүй, учир нь энэ нь протонтой ижил хэмжээтэй байдаг. Тохиромжтой сум нь электрон гэх мэт лептон байх болно. Электрон нь хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдоггүй тул кваркуудын үүсгэсэн орчинд "гацахгүй" болно. Үүний зэрэгцээ электрон нь цахилгаан цэнэгийн улмаас кварк байгааг мэдэрч чадна.

хүснэгт 2

Кваркуудын u, d, s гэсэн гурван амт нь +2/3, -1/3 ба -1/3 цэнэгтэй тохирч байна; тэдгээр нь гурваар нийлж, хүснэгтэд үзүүлсэн найман барионыг үүсгэдэг. Кварк-антикварк хосууд мезон үүсгэдэг. (sss гэх мэт зарим хослолыг орхигдуулсан.)

Стэнфордын туршилтад гурван километрийн хурдасгуур нь үндсэндээ протоны дотор талыг дүрслэх боломжийг олгосон аварга электрон "микроскоп"-ын үүрэг гүйцэтгэсэн. Ердийн электрон микроскоп нь см-ийн саяны нэгээс бага хэмжээтэй нарийн ширийн зүйлийг ялгаж чаддаг. Харин протон нь хэдэн арван сая дахин жижиг бөгөөд зөвхөн 2.1010 эВ-ын энерги хүртэл хурдасгасан электронуудаар л "шинжлэх" боломжтой. Стэнфордын туршилтын үед цөөн тооны физикчид кваркуудын хялбаршуулсан онолыг баримталдаг байв. Ихэнх эрдэмтэд электронууд протонуудын цахилгаан цэнэгийн нөлөөгөөр хазайна гэж таамаглаж байсан ч цэнэг нь протон дотор жигд тархсан гэж үздэг. Хэрэв энэ нь үнэхээр тийм байсан бол гол төлөв сул электрон сарнилт үүсэх байсан, жишээлбэл. Протоноор дамжин өнгөрөхөд электронууд хүчтэй хазайлтанд өртөхгүй. Туршилт нь тархалтын загвар нь хүлээгдэж байснаас эрс ялгаатай болохыг харуулсан. Бүх зүйл зарим электронууд жижиг цул орцууд руу нисч, тэдгээрээс хамгийн гайхалтай өнцгөөр унасан мэт болсон. Протон доторх ийм хатуу орцууд нь кварк гэдгийг одоо бид мэднэ.

1974 онд онолчдын дунд хүлээн зөвшөөрөгдсөн кваркийн онолын хялбаршуулсан хувилбарт хүчтэй цохилт өгсөн. Хэдхэн хоногийн дотор Америкийн хоёр бүлэг физикчид, нэг нь Бартон Рихтерээр удирдуулсан Стэнфордын, нөгөө нь Сэмюэл Тинг тэргүүтэй Брукхавен үндэсний лабораторид бие даан шинэ адрон нээсэн тухай зарласан бөгөөд үүнийг psi бөөмс гэж нэрлэдэг. Шинэ адроныг нээсэн нь нэг нөхцөл байдал биш бол онцгой анхаарал татахуйц зүйл биш юм: баримт нь кваркуудын онолын санал болгож буй схемд нэг шинэ бөөмсийн орон зай байхгүй байсан явдал юм. up, d, s кваркууд болон тэдгээрийн антикваркуудын бүх боломжит хослолууд аль хэдийн "хэрэглэгдсэн". psi бөөмс юунаас бүрддэг вэ?

Хэсэг хугацааны турш агаарт байсан санаа руу шилжих замаар асуудлыг шийдсэн: өмнө нь хэн ч ажиглаж байгаагүй дөрөв дэх үнэр байх ёстой. Шинэ үнэртэн нь аль хэдийн өөрийн нэртэй байсан - сэтгэл татам (увдис) эсвэл с. Пси бөөм нь с-кварк ба с-антикварк (c) -ээс бүрдсэн мезон юм гэж санал болгосон, i.e. cc. Антиккваркууд нь амтыг эсэргүүцэгч бодис байдаг тул psi бөөмийн сэтгэл татам байдлыг саармагжуулдаг тул шинэ амт (увидас) байгааг туршилтаар батлах нь увидастай кваркуудыг антикваркампуудтай хослуулсан мезоныг илрүүлэх хүртэл хүлээх шаардлагатай болсон. бусад амттан. Ид шидтэй бөөмсийн бүхэл бүтэн хэлхээ одоо мэдэгдэж байна. Тэд бүгд маш хүнд тул дур булаам кварк нь хачин кваркаас илүү хүнд болж хувирдаг.

Дээр дурдсан нөхцөл байдал 1977 онд дахин давтагдаж, upsilon meson (UPSILON) гэж нэрлэгддэг бодис үзэгдэл дээр гарч ирэв. Энэ удаад нэг их эргэлзэлгүйгээр b-кварк гэж нэрлэгддэг тав дахь амтыг танилцуулав (доороос - доороос, ихэвчлэн гоо сайхан - гоо үзэсгэлэн, эсвэл сэтгэл татам). Упсилон мезон нь б кваркуудаас тогтсон кварк-антикварк хос бөгөөд тиймээс далд гоо үзэсгэлэнг агуулсан; гэхдээ, шиг өмнөх тохиолдол, кваркуудын өөр нэг хослол нь эцсийн эцэст "гоо сайхныг" олж мэдэх боломжийг олгосон.

Кваркуудын харьцангуй массыг ядаж хамгийн хөнгөн мезон болох пион нь хосуудаас бүрддэг гэдгээр нь дүгнэж болно. Тэгээд-ба антикваркуудтай д-кваркууд. Пси мезон нь ойролцоогоор 27 дахин, апсилон мезон нь пионоос дор хаяж 75 дахин хүнд байдаг.

Мэдэгдэж буй амтуудын жагсаалтыг аажмаар өргөжүүлэх нь лептоны тоо нэмэгдэхтэй зэрэгцэн гарсан; тиймээс хэзээ нэгэн цагт төгсгөл байх эсэх нь тодорхой асуулт байв. Бүх төрлийн адронуудын тайлбарыг хялбарчлахын тулд кваркуудыг нэвтрүүлсэн боловч одоо ч гэсэн бөөмсийн жагсаалт дахин хэт хурдан өсч байна гэсэн мэдрэмж төрж байна.

Демокритын үеэс эхлэн атомизмын үндсэн санаа нь бидний эргэн тойрон дахь бодисыг бүрдүүлдэг жинхэнэ энгийн бөөмсүүд байх ёстой гэдгийг хүлээн зөвшөөрөх явдал байв. Атомизм нь сонирхол татахуйц байдаг, учир нь хуваагдашгүй (тодорхойлолтоор) үндсэн бөөмс нь маш хязгаарлагдмал тоогоор байх ёстой. Байгалийн олон янз байдал нь үүнээс үүдэлтэй их тооТэдний бүрэлдэхүүн хэсгүүд биш, харин тэдгээрийн хослолууд. Олон янзын атомын цөм байдгийг олж илрүүлэхэд бидний өнөөгийн атом гэж нэрлэдэг зүйл нь эртний Грекчүүдийн материйн энгийн бөөмсийн талаархи санаатай тохирч байна гэсэн итгэл найдвар алга болжээ. Хэдийгээр уламжлал ёсоор бид янз бүрийн химийн "элементүүд" -ийн талаар ярьсаар байгаа ч атомууд нь огтхон ч энгийн зүйл биш, харин протон, нейтрон, электронуудаас бүрддэг гэдгийг мэддэг. Мөн кваркуудын тоо хэт их болж байгаа тул тэдгээрийг бас жижиг хэсгүүдээс бүрдсэн нарийн төвөгтэй систем гэж үзэх нь сонирхол татаж байна.

Энэ шалтгааны улмаас кваркийн схемд сэтгэл дундуур байгаа ч ихэнх физикчид кваркуудыг жинхэнэ гэж үздэг. энгийн бөөмс- цэг, хуваагдашгүй, дотоод бүтэцгүй. Энэ утгаараа тэдгээр нь пептонтой төстэй бөгөөд эдгээр хоёр ялгаатай боловч бүтцийн хувьд ижил төстэй гэр бүлийн хооронд гүн гүнзгий холбоо байх ёстой гэж эртнээс таамаглаж ирсэн. Энэ үзэл бодлын үндэс нь лептон ба кваркуудын шинж чанарын харьцуулалтаас үүдэлтэй (Хүснэгт 3). Цэнэглэгдсэн лептон бүрийг харгалзах нейтринотой холбосноор лептонуудыг хосоор нь бүлэглэж болно. Мөн кваркуудыг хосоор нь бүлэглэж болно. Хүснэгт 3 нь нүд бүрийн бүтэц нь түүний урд байрлах нэгийг давтах байдлаар хийгдсэн. Жишээлбэл, хоёр дахь нүдэнд мюоныг "хүнд электрон" хэлбэрээр, дур булаам, хачирхалтай кваркуудыг хүнд хувилбараар дүрсэлсэн байдаг. Тэгээд-ба d-кваркууд. Дараагийн хайрцгаас тау лептон нь илүү хүнд "электрон" бөгөөд b кварк нь d кваркийн хүнд хувилбар болохыг харж болно. Бүрэн зүйрлэхийн тулд бидэнд өөр нэг (тау-лептони) нейтрино болон кваркуудын зургаа дахь амт хэрэгтэй бөгөөд энэ нь аль хэдийн жинхэнэ нэрийг авсан. (үнэн, т).Энэ номыг бичиж байх үед дээд кваркууд байдаг гэсэн туршилтын нотолгоо хараахан хангалттай үнэмшилгүй байсан бөгөөд зарим физикчид дээд кваркууд огт байдаг гэдэгт эргэлзэж байв.

Хүснэгт 3

Лептон ба кваркууд байгалиасаа хослодог. хүснэгтэд үзүүлснээр. Бидний эргэн тойрон дахь ертөнц эхний дөрвөн бөөмсөөс бүрддэг. Гэхдээ дараах бүлгүүд дээд хэсгийг давтаж, нейтриногийн титэм дотор маш тогтворгүй хэсгүүдээс бүрддэг бололтой.

Дөрөв, тав гэх мэт байж болох уу. илүү хүнд тоосонцор агуулсан уур уу? Хэрэв тийм бол дараагийн үеийн хурдасгуурууд физикчдэд ийм бөөмсийг илрүүлэх боломжийг олгох бололтой. Гэсэн хэдий ч нэгэн сонирхолтой санааг илэрхийлсэн бөгөөд үүнээс үзэхэд нэрлэгдсэн гурваас өөр хос байхгүй байна. Энэ бодол нь нейтрино төрлийн тоон дээр суурилдаг. Орчлон ертөнц үүссэнийг тэмдэглэсэн Их тэсрэлтийн үед нейтрино эрчимтэй үүссэнийг бид удахгүй мэдэх болно. Нэг төрлийн ардчилал нь бөөмс тус бүрд бусадтай ижил хэмжээний эрчим хүчийг баталгаажуулдаг; Иймээс олон төрлийн нейтрино нь сансар огторгуйг дүүргэж буй нейтрино далайд илүү их энерги агуулагддаг. Хэрэв гурваас дээш төрлийн нейтрино байсан бол тэдгээрийн үүсгэсэн таталцал нь орчлон ертөнцийн амьдралын эхний хэдэн минутад үүссэн цөмийн процессуудад хүчтэй нөлөө үзүүлэх болно гэдгийг тооцоо харуулж байна. Иймээс эдгээр шууд бус дүгнэлтээс харахад гурван хосыг хүснэгтэд үзүүлэв гэсэн маш үндэслэлтэй дүгнэлт гарч байна. 3, байгальд байгаа бүх кварк, лептонууд шавхагдсан.

Орчлон ертөнцийн бүх энгийн бодисууд нь хамгийн хөнгөн хоёр лептон (электрон ба электрон нейтрино) ба хамгийн хөнгөн хоёр кваркаас бүрддэг нь сонирхолтой юм. ТэгээдТэгээд d).Хэрэв бусад бүх лептон, кваркууд гэнэт оршин тогтнохоо больсон бол бидний эргэн тойрон дахь ертөнцөд маш бага зүйл өөрчлөгдөх байх.

Магадгүй илүү хүнд кваркууд болон лептонууд нь хамгийн хөнгөн кварк, лептонуудын хувьд нэг төрлийн нөөцийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Тэд бүгд тогтворгүй бөгөөд дээд эсэд байрлах хэсгүүдэд хурдан задардаг. Жишээлбэл, тау лептон ба мюон электрон болж задардаг бол хачирхалтай, дур булаам, үзэсгэлэнтэй тоосонцор нь нейтрон эсвэл протон (барионуудын хувьд) эсвэл лептон (мезонуудын хувьд) болж маш хурдан задардаг. гэсэн асуулт гарч ирнэ. Юуны төлөөЭнэ бүх хоёр, гурав дахь үеийн тоосонцор байдаг уу? Тэд байгальд яагаад хэрэгтэй байсан бэ?

Атомын цөмийн хуваагдал янз бүрийн элементүүдодоогоор нэлээд өргөн хэрэглэгдэж байна. Бүх цөмийн цахилгаан станцууд задрах урвал дээр ажилладаг бөгөөд бүх цөмийн зэвсгийн ажиллах зарчим нь энэ урвал дээр суурилдаг. Хяналттай эсвэл гинжин урвалын үед атом хэсэг хэсгээрээ хуваагдсан тул дахин нэгдэж, анхны төлөвтөө буцаж чадахгүй. Гэхдээ зарчим, хуулийг ашиглан квант механикЭрдэмтэд атомыг хоёр хэсэгт хувааж, атомын бүрэн бүтэн байдлыг зөрчихгүйгээр дахин холбож чадсан.

Боннын их сургуулийн эрдэмтэд квантын тодорхойгүй байдлын зарчмыг ашигласан бөгөөд энэ нь объектуудыг нэгэн зэрэг хэд хэдэн мужид оршин тогтнох боломжийг олгодог. Туршилтаар зарим физик заль мэхийн тусламжтайгаар эрдэмтэд нэг атомыг нэг дор хоёр газарт байлгахыг албадав, тэдгээрийн хоорондох зай нь миллиметрийн зуугаас арай илүү байсан бөгөөд энэ нь атомын масштабаар ердөө л асар том зай юм. .

Ийм квант нөлөөзөвхөн онцгой тохиолдолд л илэрч болно бага температур. Цезийн атомыг лазерын туяагаар үнэмлэхүй тэгээс дээш градусын аравны нэгтэй тэнцэх температурт хөргөв. Дараа нь хөргөсөн атом өөр лазерын гэрлийн цацрагт оптик байдлаар баригдсан.

Атомын цөм нь хоёр чиглэлийн аль нэгээр эргэлдэж чаддаг нь мэдэгдэж байгаа бөгөөд эргэлтийн чиглэлээс хамааран лазер туяа нь цөмийг баруун эсвэл зүүн тийш түлхэж өгдөг. "Гэхдээ атом нь тодорхой квант төлөвт "хуваасан шинж чанартай" байж болно, нэг тал нь нэг чиглэлд, нөгөө нь эсрэг чиглэлд эргэлддэг. Гэсэн хэдий ч атом нь бүхэл бүтэн объект хэвээр байна. "гэж физикч Андреас Стеффен хэлэв. Ийнхүү зарим хэсэг нь эсрэг чиглэлд эргэлддэг атомын цөмийг лазерын туяагаар хоёр хэсэгт хувааж, атомын эдгээр хэсгүүдийг нилээд хол зайд салгах боломжтой болсон нь эрдэмтэд туршилтынхаа явцад ийм үр дүнд хүрч чадсан юм. .

Эрдэмтэд ижил төстэй аргыг ашиглан квант мэдээллийн дамжуулагч болох "квант гүүр" гэж нэрлэгдэх боломжтой гэж мэдэгджээ. Бодисын атом нь хоёр хэсэгт хуваагддаг бөгөөд тэдгээр нь зэргэлдээх атомуудтай холбогдох хүртэл хуваагддаг. Гүүрний хоёр баганыг холбосон, түүгээр мэдээлэл дамжуулах боломжтой замын гадаргуу гэх мэт зүйл үүсдэг. Энэ нь атомын хэсгүүд квант түвшинд орооцолдсоноос болж ийм байдлаар хуваагдсан атом квант түвшинд нэг бүхэл хэвээр үлддэгтэй холбоотой юм.

Боннын их сургуулийн эрдэмтэд ийм технологийг ашиглан цогцолборыг дуурайж, бүтээх гэж байна квант систем. Багийн ахлагч доктор Андреа Альберти "Бидний хувьд атом бол сайн тосолсон араатай адил юм." "Эдгээр олон араа ашигласнаар та хамгийн дэвшилтэт компьютеруудаас хамаагүй давсан шинж чанартай квант тооцоолох төхөөрөмжийг бүтээж чадна. Та эдгээр араагаа зөв байрлуулж, холбох чадвартай байх хэрэгтэй."

Тохирох изотопыг сонгоно.Зарим элемент эсвэл изотопууд цацраг идэвхт задралд ордог бөгөөд өөр өөр изотопууд өөр өөр үйлдэл хийж болно. Ураны хамгийн түгээмэл изотоп нь 238 атомын жинтэй бөгөөд 92 протон, 146 нейтроноос бүрддэг боловч түүний цөм нь ихэвчлэн хөнгөн элементийн цөмд хуваагдалгүйгээр нейтроныг шингээдэг. Цөм нь 235 U-аас гурван цөөхөн нейтрон агуулсан ураны изотопыг 238 U-аас хамаагүй амархан задалдаг бөгөөд хуваагдмал изотоп гэж нэрлэдэг.

• Уран хуваагдах (хуваагдах) үед гурван нейтрон ялгарч, бусад ураны атомуудтай мөргөлдөж, гинжин урвал үүсгэдэг.
• Зарим изотопууд маш амархан бөгөөд хурдан хуваагддаг тул цөмийн урвалыг тогтмол үргэлжлүүлэх боломжгүй юм. Энэ үзэгдлийг аяндаа, эсвэл аяндаа задрах гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, плутонийн изотоп 240 Pu нь задралын хурд багатай 239 Pu-ээс ялгаатай нь ийм задралд өртдөг.

Эхний атом задарсаны дараа урвал үргэлжлэхийн тулд хангалттай изотоп цуглуулсан байх ёстой.Үүнийг хийхийн тулд та тодорхой зүйлтэй байх хэрэгтэй хамгийн бага хэмжээурвалыг дэмжих хуваагдмал изотоп. Энэ хэмжигдэхүүнийг критик масс гэж нэрлэдэг. Чухал массад хүрч, ялзрах магадлалыг нэмэгдүүлэхийн тулд хангалттай хэмжээний эхлэл материал шаардлагатай.

Нэг бууд атомын цөмизотопыг ижил изотопын өөр цөм болгон хувиргана.Субатомын бөөмс нь чөлөөт хэлбэрээр ховор байдаг тул тэдгээрийг эдгээр хэсгүүдийг агуулсан атомуудаас салгах шаардлагатай байдаг. Үүнийг хийх нэг арга бол изотопын нэг атомыг нөгөө атом руу буудах явдал юм.

• Энэ аргыг Хирошимад хаясан 235 U атомын бөмбөг бүтээхэд ашигласан. Ураны цөмтэй их буутай төстэй зэвсэг нь ижил төстэй 235 U атомын бай руу 235 U атомыг буудсан.Атомууд хангалттай хурдан нисч, тэдгээрээс ялгарсан нейтронууд бусад 235 U атомын цөмд нэвтэрч, тэдгээрийг хуваасан. Энэ хуваагдал нь эргээд нейтроныг ялгаруулж, улмаар 235 U атомыг задалсан.

Субатомын тоосонцороор хуваагддаг изотопын цөмийг бөмбөгдөнө.Нэг субатомын бөөмс нь 235 U атомыг цохиж, түүнийг бусад элементүүдийн хоёр тусдаа атом болгон хувааж, гурван нейтрон ялгаруулж чадна. Субатомын бөөмсийг хяналттай эх үүсвэрээс (нейтрон буу гэх мэт) гаргаж авах эсвэл бөөмтэй мөргөлдөх замаар үүсгэж болно. Гурван төрлийн субатомын бөөмсийг ихэвчлэн ашигладаг.

• Протонууд. Эдгээр субатомын бөөмс нь масс ба эерэг цахилгаан цэнэгтэй байдаг. Атом дахь протоны тоо нь ямар элементийн атом болохыг тодорхойлдог.
• Нейтрон. Эдгээр субатомын бөөмс нь протонтой ижил масстай боловч төвийг сахисан (цахилгаан цэнэггүй) байдаг.
• Альфа тоосонцор. Эдгээр бөөмс нь гелийн атомын электронгүй цөм юм. Эдгээр нь хоёр протон, хоёр нейтроноос бүрдэнэ.