Элементар бөлшектер. Космостық сәулелер

Элементар бөлшектер деген не? Атына зер салсақ «элементар» деп өте қарапайым өзгермейтін бөлшекті атаймыз. Материя элементар бөлшектен тұрады дейміз. Физиканың даму тарихына көз жіберсек, сонау Ньютон заманында элементар бөлшек деп атомды айтты. Одан бертін келе атомның бөлінетіндігі анықталғаннан кейін элементар бөлшек деген атауға протон және электрон ие болды. Алайда, позитрон, нейтрино және т.б. ашылуы протон, электрон, нейтрон тәрізді бөлшектердің элементар емес екенін, олардың күрделі бөлшек екенін дәлелдеп отыр. Элементар бөлшектерді массасына қарап төрт класқа бөлуге болады. Олар: фотондар, лептондар (жеңіл бөлшектер), мезондар (орташа бөлшектер) және бариондар (ауыр бөлшектер).

Элементар бөлшектердің таблицасы төменде келтірілген:

Бөлшектер класы	Бөлшектің аты	Белгіленуі	Электр заряды (электрон зарядының бірлігінде)	Массасы МэВ	Спині	Өмір сүруінің орташа уақыты
	фотон					тұрақты
Лептондар	Электрон, позитрон   Мюон   Нейтрино			0,511		тұрақты   2,2×10-6 тұрақты
Мезондар	Зарядталған пиондар Бейтарап пион					2,2×10-8   8×10-17
Бариондар	протон   нейрон			938,2   939,2		тұрақты   9,8×102

Фотонның тыныштықтағы массасы және электр заряды нөлге, спині бірге тең. Фотондар бозондар қатарына жатады. Таблицадан көріп тұрғандай лептондардың спині -ге тең, сондықтан Паули принципине бағынады. Атап айтқанда, бірдей мезгілде бірдей квантық күйде болатын екі бөлшек болмайды. Олай болса, лептондар Ферми – Дирак статистикасына бағынады да оларды (лептондарды) фермиондар деп атайды (Ферми – Дирак статистикасы спині -ге тең бөлшектердің тәртібін қарастырады). Мезондардың спині нөоге тең болғандықтан Паули принципіне бағынбайды. Атап айтқанда, бірнеше бөлшек бірдей квантық күйде болатынын қарастыратын статистика Бозе – Эйнштейн статистикасы деп аталады. Олай болса мезондар Бозе – Эйнштейн статистикасына бағынады да, оларды (мезондарды) бозондар деп атайды. Бариондар класы ауыр элементар бөлшектерден тұрады. Олардың спині -ге тең болғандықтан фермиондар қатарына жатады.

Космостан Жер бетіне келіп жатқан сәулелерді космостық сәулелер деп атайды. Космостық сәулелер протондардан, альфа бөлшектерден тұрады. Космостық сәулелердің орташа энергиясы 10 ГэВ тең. Біздің Галактикада Жаңа және асқын жаңа жұлдыздар пайда болған кездегі жарылыс әсерінен «ытқып» шыққан элементар бөлшектер (протондар, альфа-бөлшектер т.б.) Жер бетіне жеткенше өзгеріске ұшырап отырады. Яғни электромагниттік өріс әсерінен үдеуге ие болған элементар бөлшектер жолында ешқандай кедергіге соқтықпай энергиясын 10¹² МэВ дейін жеткізеді.

Жер атмосферасының жоғарғы қабатына келіп жеткен космостық сәулелер (бұларды бірінші космостық сәулелер деп атайды) ауаны құрайтын газдардың ядроларымен соқтығысып, екінші космостық сәулелер түзеді. Бірінші космостық сәулелер құрамында 92,9% протон және 6,3% альфа- бөлшектер болатын болса, екінші космостық сәулелерде барлық элементар бөлшектер кездеседі деуге болады. Сол сияқты космостық сәулелерді Вильсон камерасы және басқа санағыштармен өлшеуге болады.

Космостық сәулелерді зерттеп білудің маңызы өте зор. Мысалға, жер бетінде өндіріп алуға болмайтын энергиясы өте көп бөлшекті космостық сәуле қатарынан кездестіруге болады. Сол сияқты космостық сәулелер адам және жануарлар организмне де әсерін тигізеді. Бұл да зерттеуді қажет ететін мәселенің бірі.

Элементар бөлшектерді зерттеп білу бір жағынан материя құрылысын тереңірек зерттеуге мүмкіндік берсе, екінші жағынан жұлдыздар мен планеталардың, тіпті әлемнің неден пайда болғанын ашуға көмектесері сөзсіз.