атом ба атомын бүтэц

1. 1. Атом ба атомын бүтэц“Атом” гэдэг үг нь Левкипп, Демокрит нараас ч өмнө хэрэглэгдэж байсан “атмон” гэдэггрек үг бөгөөд орчуулбал “үл хуваагдах” гэсэн утгатай .Дальтоны атомын шинэ онолд атом нь олон янзын хэлбэртэй боловч Демокритын хэлсэншиг хязгааргүй биш гэж үзжээ. Дальтон зөвхөн хязгаарлагдмал тооны, энгийн бодис болоххимийн элементүүдийн хувьд л атом хуваагдашгүй гэдгийг баримтаар тогтоожээ. Бусадбүх бодис хоорондоо нягт холбоотой атомуудын том, жижиг нэгдэл болох молекулаастогтоно.Мендлевийн үелэх хууль байгальд атомын үечилсэн шинж чанарыг бий болгодог, атомоосилүү энгийн, анхдагч зүйл байна гэдгийг хэлж өгсөн. Энэ үед өндөр хүчдэлийн үйлчлэлдметалл хасах цахилгаан цэнэг цацруулдаг нь тодорхой болсон байв. Москвагийн физикчА.Г.Столетов тийм цэнэг гэрлийн цацрагийн нөлөөгөөр ч металлаас сугарч гардгийгажиглав. Энэ нь атомын бүрэлдэхүүнд электрон гэдэг жижиг хэсэг ордог гэсэн ойлголтыгтөрүүлэв. Эндээс бодис бүхэлдээ цэнэггүй саармаг байдаг болохоор атомд түүнийгсаармагжуулдаг нэмэх цэнэгтэй хэсэг байх нь гэсэн өөр нэг дүгнэлт шууд гарч ирсэн.Английн Ж.Томсон атомын бүтэц нь үзэмтэй дугуй талхтай төстэй .Талхны хөрөнгө ньнэмэх, үзэм нь хасах цэнэгтэй гэж төсөөлжээ.Францын эрдэмтэн Ж.Перреныг атом Нарны системтэй төстэй бүтэцтэй, төвд нь нэмэхцэнэгтэй хүнд цөм байх бөгөөд түүнийг тойрч гараг болох электронууд эргэж байдаг гэжтөсөөлжээ.Дээрх 2 загварын аль нь зөв эсэхийг Эрнст Резерфордын туршлага шийдэж өгсөн баатомыг альфа бөөмийн тусламжтайгаар илрүүлсэн юм. Альфа бөөм бол гелийн атомийнцөм бөгөөд тэдгээр нь радийн атом задрах явцад цацран гарна. Альфа бөөм нь атомыгнэвтлэн гарахдаа тэдний цахилгаан орны үйлчлэлээр замаа өөрчлөн хазайж, дэлгэц дээральфа бөөмийн сарниагүй цацрагийг илтгэсэн гэрэлтэгч нэг толбын орчимд бутармалгэрэлт цэгүүдийг үүсгэжээ. Альфа бөөмс ямар нэгэн маш хүнд юмтай мөргөлдөөд эсрэгчиглэлд буцаж ойдог. Энэ хүнд бөмбөгний үүргийг атомын цөм гүйцэтгэнэ. ИйнхүүПеррений гараг төст загвар ялжээ.Сул сарнисан ба буцаж ойсон альфа бөөмийн тоог мэдсэнээр атомын хэмжээг тооцожболно. 1
2. 2. ЦөмЦөмд атомын бүх масс төвлөрч, харин электронуудад зууны өчүүхэн хувь нь л ноогддог.Устөрөгчийн атомын цөм буюу протонтой адилхан шинж чанартай бөөм болох нейтроныгнээсэн бөгөөд энэ нь цөмийн физикт үсрэнгүй хөгжлийг авчирчээ. Нейтронытусламжтайгаар атомын эрчим хүчний агуулахыг онгойлгожээ.Гермаы онолч Вернер Гейзенберг, Зөвлөлтийн физикч Д.Д.Иваненко нар атомын цөм ньпротон, нейтроноос бүтдэг гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. Тэдний онол ёсоор цөм гадаадхэлбэрээрээ үр болох бөөмс бие биенээ нягт шахсан анарын жимстэй төстэй юм. Үүнийгээтуршлагаар батласан байна.Эйнштейний дэвшүүлсэн онолоор гэрэл бол бөөмсийн урсгал бөгөөд гэрлийн бөөмс болнэг талаас бөөмс, нөгөө талаас долгион юм. Үүнээс үндэслэн цахилгаан соронзон орныбөөмсийг “фотос” буюу гэрэл гэсэн грек үгнээс үүссэн фотон гэдэг нэрээр нэрлэжээ. Цэнэгтбөөмс хоорондоо фотоны солилцоогоор харилцан үйлчлэлцдэг.Цөмөөс электрон сугаран гарах урвалын үед энерги алдагдаад байсан бөгөөд үүнээснейтрино гэдэг бяцхан нейтрон тэр алдагдсан энергийг зөөж байна гэсэн дүгнэлтэндхүрчээ.Д.Д.Иваненко, И.Е.Тамм нар цөмийн доторх бөөмс зөвхөн фотон бус, хос бөөмийг нэгэнзэрэг солилцдог электрон, нейтрино эсвэл позитрон, нейтриног гэх мэт шууд цацаргадагэсвэл шингээдэг гэж таамаглажээ. Протон нь позитрон, нейтрино хоёрыг цацаргаад буюуэсвэл электрон, нейтрино хоёрыг шингээгээд нейтрон болдог. Энэ маягаар нейтрон ч баспротон болно. Удалгүй электроноос хоёр зуу дахин их масстай бөөм сансрын туяандбайгааг илрүүлсэн ба түүнийг мезон гэж нэрлэсэн. Энэ нь мезо гэсэн грек үгнээс гаралтайбөгөөд электрон, протон хоёрын дундах гэсэн утгатай юм. Цөмийн дотор маш их хүчтэймезоний хүч үйлчилж байдаг.Цөмдөө хичнээн л олон протонтой бүгд ижилхэн нэмэх цэнэгтэй учир төдий чинээ иххүчээр түлхэлцдэг. Хэрэв протон хэтэрхий олон байвал мезоны хүлээс нь тасран цөмзадарна. Иймээс Менделеевийн хүснэгт зуу гаруй элементээр хязгаарлагддаг.Матери, түүнийг бүрдүүлэгчбичил хэсгүүдБөөмс энергиэс, яг үнэндээ энергитэй холбоотой масснаас үүсдэг. Хөдөлгөөний кинетикэнерги масстай байдаг учраас хөдөлж байгаа бөөмс тайван үеийнхээсээ хүнд байдаг. Энэмассын зөрөөнөөс л шинэ бөөм үүсдэг. 2
3. 3. Электрон, протон, мезон болон бусад бөөмсийг эгэл бөөмс гэж нэрлэдэг. Эдгээр ньхуваагддаггүй.Шинж чанараараа протон, нейтрон хоёр ижилхэн учир физикчид нуклон хэмээх бөөмийнхоёр төлөв байдал гэж үздэг.Пи-мезон гурван янз. Цэнэгтэй төлөв байдалд тэр секундын зуун саяны хувьтай тэнцэххугацаанд амьдраад мю-мезон ба нейтрино болон задарна. Тэрээр саармаг төлөвтөө илүүхурдан зуун сая дахин бага хугацаанд амьдардаг. Тэр үед агшин зуур өндөр энергитэйхоёр фотон болон задарна. Пи-мезон атомын цөмийн нуклоныг “наалдуулахад”, фотон,электрон нарийн бүтэцтэй атом, молекулыг “эвлүүлэхэд” хэрэгтэй. Протон нэмэх цэнэгтэймезон цацруулаад нейтрон болон хувирч, нейтрон нь хасах мезон цацруулан протонболдог. Хэрэв саармаг мезон цацруулбал, протон протоноороо, нейтрон нейтроноорооүлдэнэ. Бүх тохиолдолд пи-мезон нь протон, нейтроны бүтэц хэсэг болж орж байна. Мөнбогино хугацаанд мезон нь нуклон, эсрэг нуклон болон хувирч чадна.Анхны эсрэг бөөм бол позитрон юм. Позитрон электронтой мөргөлдөхөд хоёр бөөмцацрагт бүрэн шилжиж фотон болон хувирдаг ба усталт явагддаг. Энэхүү электронпозитроны усаталтын үед бүх эд нь бүгдээрээ үлдэгдэлгүйгээр цахилгаан соронзон оронболон хувирч огторгуйд замхардаг. Бүх эгэл бөөмс нь эсрэг хостой байдаг. Мөн фотон,саармаг пи-мезон гэх мэт, бөөм ба эсрэг бөөмийн хоёулангийнх нь үүргийг гүйцэтгэдэгбөөмс байдаг. Эдгээрийн хувьд эсрэг ялгагдах чанар бол эргэлтийн чиглэл нь өөр юм.-Нэг килограмм эсрэг биетийнялгаруулах энерги, нэг километр орчим диаметртэй олонметр гүн нефтийн нөөцийг шатаасантай тэнцэх болно. Энэ нь дэлхий дээр жилд шатаадагбүх түлшийг ердөө хэдхэн килограмм эсрэг биет орлож чадна гэсэн үг. Энэ хэдэнкилограмм эсрэг биетийг эсрэг протон, эсрэг нейтроноос гаргаж авах нь мэдээж. Энэ ньмаш их эрч хүч шаардана. Гэхдээ эрдэмтэд эсрэг дейтрон, эсрэг тритон, эсрэг гелийнхөнгөн изотоп зэрэг хоёр, гурван эсрэг бөөмсөөс бүтсэн хамгийн эсрэг бөөмийг гаргаж авчсурчээ.-Нейтринод масс байхгүй. Тэд бүгдээрээ фотон шиг “биегүй” учир нэг байрандаа тогтоногэж байхгүй. Хурд нь байнга гэрлийн хурдтай тэнцүү.-Монополь гэгдэх тусгаарлагдсан сорон туйл нь орчин тойрныхоо бодисыг эвддэг байна.Протоныг эвдэхэд асар их энерги ялгардаг учраас, бидэнд килограмм монополь бөөм бийболоход л хүн төрөлхтний эрчим хүчний бүх хэрэгцээг хангаж чадах нь байна. Энергийгямар ч хамаагүй бодисоос гаргаж авч болох нь ээ. Түүн дээр чимх монополь нэмэхэд лхангалттай. Монополь нь протоноос дор хаяхад 1016 дахин буюу маш хүнд, соронзонцэнэгтэй бөөм. 3
4. 4. -хамгийн хүнд бөөм нь максимон юм. Энэ нь даралтаараа ямар ч савны ёроолыг цоолох,дэлхийн төв хүртэл шургах хүчтэй. Цацруулсан бөөмс хэдий хөнгөн байх тусам буцажшингээгдэхээсээ өмнө төвөөсөө төдий чинээ холдож чаддаг. Хүнд бөөмс нь эсрэгээр төврүүгээ шахагдана. Ийм учраас ямар ч эгэл бөөмсийн дотоод төв хэсэг илүү их масстай,нягттай байдаг.-Протон нь электроноор “нэвт гэрэлтүүлсэн” байдлаас үзэхэд цэг биш, хөнгөнцөмийнхөөс хэд дахин бага радиус бүхий нэлээд мэдрэгдэм биет юм. Энэ ньойролцоогоор их наядын нэг буюу 10-13 сантиметр орчим хэмжээтэй. Төрөхөөс үхэх хүртэламьдралынх нь туршид хүний биед дунджаар нэгээс илүүгүй протон задарна. Протонэерэг цэнэгтэй учраас задрахдаа гарцаагүй нэг эерэг цэнэгтэй бөөм үүсгэх ёстой ба тэр ньарай хөнгөн бөөмүүдэд гэх мэт цааш үргэлжилсээр цаашид хуваагдахгүй позитрон хүртэл.Позитрон бодис дотор хөлхөж явахдаа атомын электроны аль нэгтэй мөргөлдөн аннигляцболж гэрлийн квант цацаргана. Үүнийг ажиглахын тулд маш нарийн электроншүүлтүүрийн системийг хэрэглэх шаардлагатай.КваркИкс бөөм буюу кваркнь бусдынхаа үндэс суурь нь болж чадах хамгийн энгийн бүл гурвантөлөвт байж чадах бөөмөөс тогтдог. Энэ бөөм нь нэг төлөв байдалдаа электроны гуравнынэгтэй тэнцэх цахилгаан цэнэгтэй, бусад тохиолдолд электроны гуравны хоёртой тэнцэхцэнэгтэй байна. Зарим шинж чанараар нь түүнийг нуклон, зарим бусдаар нь мезон ч гэжболох. Ерөнхийдөө бол ердийн бөөмтэй адилгүй. Гурван икс бөөмийг нийлүүлбэл“иксүүдийг” ямар төлөвт гэж авснаас хамаарч протон, нейтрон эсвэл нэлээд хүнд бөөмболох гиперонуудын нэг нь үүснэ. Цэнэглэгдсэн бөөм бодис дундуур нэвтрэн өнгөрөхдөөцахилгаан орноороо атомын бүрхүүлээс электроныг салгаж ионжуулдаг. Бөөмийнөнгөрсөн зам дагуу ийм эвдэрсэн атомын хэлхээ бий болдог байна. Тэдгээрийг ион гэжнэрлэдэг. Бөөмийн цэнэг хэдий их байх тусам түүний зам дагуух ионы тоо төдий чинээолон байна. Иймээс бодис доторх кваркын иончлогдсон мөр бусад бөөмийнхөөс онцгойялгагдах ёстой. Тэд арай бага нягттай. 2/3 цэнэгтэй кварк нэгж цэнэгтэй бөөмөөс 2,5 дахинбага тооны ион үүсгэнэ. Харин 1/3 цэнэгтэй кварк бол бараг 10 дахин бага ион үүсгэнэ.Мөн мөрний нягт нь бөөмсийн масс, хурдаас хамаарна. Кварк мөргөлдөхдөө эхчим хүчнийдундын тэвш үүсгэн түүндээ жингээ шууд алдан үлдсэн массаа туяа хэлбэрээр цалгианцацдаг.Кварк нийлэн адрон болох ба түүнийг буцаан задлахад орчин тойрных нь бөөмсийн эрчимүл хүрэлцэнэ. Адронньбарион,мезонгэсэнхоёртөрөлтэйбайна.Барионньхагасбүхэлспинтэйбөөмс,харинмезонньбүхэлспинтэйбөөмсюм.бүхадронууд 6-нтөрлийнкваркнуудаастогтоногэжүздэг.Эгэл бөөмсийн гүн дотор кварк болон эсрэг кварк 4
5. 5. биеэ даасан бөөмс шиг байдаг бол зах хавиар нь холбоот бөөмийн буюу пи- мезоныхэлбэрээр оршино. Хэрэв мезоны доторх кваркын нэгийг их энергитэй электроноорбуудвал уул кварк хөдөлгөөнд орж холдоно. Гэвч түүний хөдөлгөөн, тогтоон барьж буйсунадаг утасных нь таталт шинэ хос кварк төрж гарахуйц энергитэй болох хүртэлүргэлжилнэ. Энерги хуримтлуулсаар утас таталтыг даахгүй тасарч сөрөг цэнэгтэй кварк,эсрэг кварк гэсэн хоёр кварк үүснэ. Эсрэг кварк ба электроноор сугалагдсан кварк хоёрнаалдан мезон үүсгэх ба үлдсэн кварк бөөм дотор суга цохигдон гарсан кваркын байрыгэзэлнэ. Эцсийн дүнд кварк байрандаа, утсыг сунгасан электроны энергийн хүчинд мезонүүсч ганцхан байсан мезон хоёр болж харагдаж байна.Глюон гэдэг бөөмийг Ричард Фейнман бодож олжээ. Энэ нь гэрлийн бөөм болох фотонтойтөстэй. Тэд ч бас массгүй, гэрлийн хурдаар хөдөлдөг. Харин цэнэггүй саармаг фотоноосялгаатай нь глюон цэнэгээр бүрхмэл. Фотон өөрийнхээ орчин тойронд ямарч шинэцахилгаан орон үүсгэдэггүй. Цахилгаан цэнэгийн орчим орон хамгийн эрчимтэй байхбөгөөд холдох тусам аажмаар сулардаг. Глюон өөрийнхөө цэнэгээр шинэ глюоныг үүсгэхбөгөөд, тэр нь дараагийнхийг бий болгоно гэх мэт тасралтгүй үргэлжилнэ. Ийм учраасглюоны орон сулрахгүй, өөрийгөө төрүүлсэн кваркаас холдох тусам улам хүчтэй болно.Нуклоны төв хэсэгт судалгаа хийж үзэхэд нүцгэн кварк бол маш хөнгөн биет, тэднуклоноос зуу дахин бага масстай гэсэн санаанд ч оромгүй үр дүн гарчээ. Нуклон болонбусад эгэл бөөмс, үндсэндээ глюоны цавуунаас тогтдог.Кварк глюоныг цацаргаад эсвэл шингээгээд өнгөө өөрчилнө. Түүний цэнэгэн өнгөцахилгаан цэнэгтэй их төстэй. Гэхдээ цахилгаан цэнэг яаж ч өөрчлөгдсөн цахилгаан цэнэгхэвээрээ үлдэнэ. Харин өнгөт цэнэг бол нэмээд өнгөө өөрчилж болно. Энэ нь нэг ньнөгөөдөө хувирч чадах бие биеэсээ үл хамаарах гурван цэнэг байна гэсэн үг.Хүч ба харилцан үйлчлэлОнц хүчтэй буюу өнгийн, дунд зэргийн хүчтэй буюу цахилгаан соронзон, сул хүчтэй буюубүх ертөнцийн таталцлын, маш сул хүчтэй буюу бөөмсийн задралд илэрч массын өөрчлөлтбий болгодог гэсэн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн үндсэн дөрвөн төрлийн хүч байдаг.Хэрвээ бөөмсийн үүлэн бүрхүүлийг задлан харвал янз бүрийн өндөрт өөр өөрөөрцэнэглэгдсэн байдаг. Энерги өсөх тусам янз бүрийн хэлбэрийн харилцан үйлчлэлхоорондоо адил төстэй болсоор асар өндөр энергитэй болоход цорын ганц харилцанүйлчлэл болдог. Үүнийг байгалийн бүх хүчнүүдийн аугаа их нэгдэл гэж хэлж болно.Бүрхэж буй үүл нь зөвхөн цэнэгийн орчимд төдийгүй бөөмийн орчимд бас үүснэ. Хүндбөөм байвал харилцан үйлчлэлийг маш ойрын зайнд дамжуулна. Ийнхүү харилцанүйлчлэлийн хэлбэр, түүний шинж чанар нь цэнэгийн бүрхүүл болон түүнийг зөөгч өдөнбөмбөгөөс хамаарна. Харин бүрхүүлгүй нүцгэн цэнэгийн орчимд буюу бөөмийн гүндхарилцан үйлчлэлийн бүх хэлбэр ижилхэн. 5
6. 6. Фарадей цахилгаан соронзон орныг анх нээсэн. Цахилгаан соронзон гэдэг нь орон зайдхувиарлагдан тархаж буй нэг бүхэл нэгдмэл орны хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг гэдгийг батлав.Өмнө нь ертөнц зөвхөн бодисоос тогтдог байсан гэж үздэг байсан бол үүн дээр Фарадейцэнэг мөн орчиндоо хүч үүсгэж байдаг цахилгаан гүйдэлтэй холбоотой. Зарим үедгэрлийн цацраг хэлбэрээр тэдгээрээс салан гардаг цахилгаан соронзон орон гэгч шинэ мөнчанарыг нэмж оруулав. Орон гэдэг нь долгионы хуулиар хөдөлж байдаг бөөмс буюуфотоны цогц юм. хэрвээ завсрын бөөмсийн масс их биш байвал харилцан үйлчлэл ньшинж чанараараа цахилгаан соронзон үйлчлэлтэй тун төстэй байх байсан.Абдус Саланм, Стив Вайнберг, Шелдон Глешоу нар цахилгаан сул үйлчлэлийн орныг нээнүүнийгээ өнгөт оронтой холбосон. Фотоны бүл ба түүний гурван мезоныг глюонтой төстэйболохыг мэдсэн. Эдгээр нь кваркын болон лептоны төлөв байдлыг холбодог өнгө үнэрзөөх үүрэгтэй. 6
7. 7. ДүгнэлтАдрон кварк, эсрэг кварк, глюон гэсэн гурван бөөм хэрэгтэй. Эдгээр дээр электрон,позитрон, фотоныг нэмээд бүх атомыг бүтээе. Бөөмсийн задралыг тайлбарлахад хоёрхүнд лептон, гурван нейтрино хэрэгтэй. Эцэст нь атомыг том макроскоп биетэднийлүүлэхийн тулд таталцлын орны квант буюу гравитон бас шаардлагатай.Барилгын тоосго бологч 7 бөөм, мөн төдий тооны эсрэг бөөм, барьцалдуулагч гурван бөөмбайх бөгөөд нийтдээ бүх ертөнц 17 бөөмөөс тогтоно.Электрон ба нейтрино нь нэг бөөмийн хоёр төлөв байдал, мю- ба тау-мезон нь эдэнтэйадил. Тиймээс 6 лептон нь 3 болно гэсэн үг. Хүчтэй ба цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийгнэгтгэснээр бөөмсийн тоог 7 болтол хорогдуулав. Аугаа их нэгдлийн дараа бүх дөрвөнхарилцан үйлчлэлийн хэлбэрээс бөөм тоосго, түүнд харгалзах “эсрэг бөөм”, өдөн бөмбөггэсэн гурван бөөм л үлдэнэ. 7