Nukleosintez

Нуклеосинтез (лотинча: нуcлеус „ядроси“ қадимги юнонча: σύνθεσις қадимги юнонча: σύνθεσις" боғланиш, таркиб) — водороддан оғирроқ кимёвий элементларнинг ядроларини ҳосил қилишнинг табиий жараёни. Нуклеосинтез кимёвий элементлар ва уларнинг изотопларининг кўплигининг сабабли юзага келади. Нуклеосинтезнинг учта асосий босқичига бирламчи нуклеосинтез (Катта портлаш пайтида коинот мавжудлигининг дастлабки босқичларида содир бўлган), юлдуз нуклеосинтези (юлдузларнинг тинч ёниши ва портлашлари пайтида), шунингдек космик таъсир остидаги нуклеосинтез киради.

Бирламчи нуклеосинтез

Бирламчи нуклеосинтез жараёнида литийдан оғирроқ бўлмаган элементлар ҳосил бўлади, стандарт Биг Банг модели элементларнинг қуйидаги нисбатини тахмин қилади: ¹ Ҳ — 75%, <суп ид="мwЖА">4</суп> Ҳе — 25%, Д (² Ҳ) — 3 ×10⁻⁵ , ³ Ҳе — 2 ×10⁻⁵ , <суп ид="мwЛг">7</суп> Ли — 10 ⁻⁹, бу катта қизил силжишли жисмлардаги моддалар таркибини аниқлаш бўйича экспериментал маълумотларга яхши мос келади (квазарлар спектрларидаги чизиқлардан) ^[1]. Лекин ўша йилларда коинот нурлари таркибида ушбу маълум зарраларга ўхшамайдиган зарралар қайд қилина бошланди. Уларнинг ўзига хослиги шундан иборат эдики, бу зарралар бирламчи коинот нурлари (яъни коинотдан келаётган зарралар оқими)нинг моддалар билан таъсирлашиши натижасида ҳар доим жуфт ҳолда (асосан, иккита бўлиб) ҳосил бўлиши эди. Бирламчи коинот нурларининг моддалар ёки атмосфера элементлари билан тўқнашишидан (ўзаро таъсирлашишидан) ҳосил бўлган бундай зарраларга иккиламчи коинот нурлари дейилади. Пуфакли камералар ёрдамида олинган минглаб фотосуратларда бундай, доимо иккита бўлиб, жуфт ҳолда ҳосил бўладиган зарралар В шаклида из қолдиргани сабабли, улар дастлаб В-зарралар деб номланди. Жараёнда зарралар қолдирган изларни таҳлил қилиш В-зарраларнинг жуда тез, тахминан секунд давомида ҳосил бўлишини кўрсатди (тасвирда бу В шаклдаги иккита зарра деярли нуқтада ҳосил бўлади). Ҳосил бўлган зарралар эса бир неча сантиметр узунликда из қолдириб яна оддий зарраларга парчаланади. Шундай қилиб, ғалати зарраларнинг „ғалатилиги“ анча вақтгача мавҳумлигича қолди. Бу ҳолатни тушунтиришга қаратилган барча уринишлар самара бермади. Масалан, америкалик физик Марри Гелл-Манн ва япон физиги Кацухико Нишиджималар томонидан изотопик спин формализми ёрдамида ғалати зарраларни тушунтиришга бўлган уриниш натижа бермади. Улар ғалати зарраларни изотопик спинига қараб мултиплетларга, яъни кичик гуруҳларга бирлаштиришга ҳаракат қилишди ва шу асосда уларнинг ўзларини „ғалати“ тутишлари сабабини излашди. Шу ўринда „минимал“ ёки „тузилма“ моделлар тўғрисида ҳам тўхталиб ўтиш мақсадга мувофиқдир.

ХХ асрнинг 40-йиллари охирларига келиб адронлар турларининг ошиши билан „минимал“ (тузилма) моделлар қуришга зарурият туғилди. Бундай моделлар ғоясига кўра, зарраларнинг фақат айримларигина асосий — фундаментал бўлиб, қолган барча зарралар ушбу асосий зарралардан тузилган бўлиши керак эди.

Юлдузли нуклеосинтез

Юлдузларда бирламчи нуклеосинтезга қўшимча равишда энг энгил ядроларнинг бир қисми ҳосил бўлади. Асосий кетма-кетликдаги юлдузлар учун асосий энергия манбаи гелий-4 нинг протон-протон сиклида ва CНО сиклида (Қуёшдан оғирроқ юлдузлар учун) водороддан синтезидир. протон-протонда ( $пп$ ) цикл, оралиқ маҳсулотлар сифатида дейтерий, гелий-3 ва литий-7 ҳосил бўлади.

Гелий-4, шунингдек , бирламчи дейтерийнинг ёниши пайтида ҳосил бўлади, бу ҳатто жигарранг миттиларда ҳам пайдо бўлиши мумкин, бу ҳали мумкин эмас. $пп$ -марказдаги жуда паст ҳарорат ва босим туфайли ҳосил бўладиган жараён жараён.

Оғирроқ ядроларнинг синтези юлдузларда ҳам содир бўлади. Углерод-12 уч марта гелий реакциясида ҳосил бўлади (шу жумладан унинг қизил гигантларнинг ядроларида гелий олови деб номланувчи портловчи кўриниши):

{\дисплайстйле {}^{4}_{2}\техтрм{Ҳе} + {}^{4}_{2}\техтрм{Ҳе} \ригҳтарроw {}^{8}_{4}\техтрм{Бе},}

{\дисплайстйле {}^{8}_{4}\техтрм{Бе} + {}^{4}_{2}\техтрм{Ҳе} \ригҳтарроw {}^{12}_{6}\техтрм{C}.}

Баъзи бошқа энгил ядролар (фтор ¹⁹ Ф гача) CНО сиклидаги нисбатан паст массали юлдузларнинг ички қисмида синтезланиши мумкин.

Темир ⁵⁶ Фе гача бўлган ядролар (бу ядро ҳар бир нуклон учун максимал боғланиш энергиясига эга) массив юлдузларнинг ички қисмидаги энгилроқ ядроларнинг бирлашиши натижасида синтезланади. Шароитларга қараб, бу ерда углерод (шу жумладан портловчи), кислород, неон, кремнийнинг ёниши, алфа зарраларини ядролар томонидан тутилиши (алфа жараёни) каби жараёнлар иштирок этади.

Оғир ва ўта оғир ядроларнинг синтези секин ёки тез нейтронларни ушлаш (қаранг : с-жараён, р-жараён), эҳтимол ўта янги юлдузларда ва ўта янги юлдуз портлашлари пайтида. Нейтрон етишмайдиган оғир ядроларнинг ҳосил бўлиши п-жараён ва рп-жараёндан (секин ва тез протон тутилиши) ўтади. Нейтронлар ва протонларнинг тутилиши мос равишда кузатилади, $β -$ — ва $β +$ -ҳосил бўлган ядроларнинг емирилиши .

Портловчи нуклеосинтез

Ўта янги юлдуз портлашлари ва юлдуз томонидан гидростатик мувозанатнинг йўқолиши билан боғлиқ бошқа тез жараёнлар пайтида содир бўлади. Углероддан темиргача ва баъзи оғирроқ элементларнинг шаклланиши учун қисман жавобгардир .

Космик нурлардаги нуклеосинтез

Космик нурлардаги парчаланиш реакциялари туфайли энгилроқ ядролар углерод, азот ва кислород ядроларидан пайдо бўлиб, бирламчи ва юлдуз нуклеосинтези жараёнлари, хусусан, литий-6, бериллий-9, бор-10 ва бор-11 томонидан „айланиб ўтади“.

Радиоактивлик вақтида бир ядро ҳолатидан иккинчи ядро ҳолатига ўтади, бубилан ядро ўз таркибида бўлган ва радиоактивлик вақтида вужудга келувчи зарралар(М: алфа, протон, бета, ва ҳ.) енгил ядролар ҳамда фотонларни чиқариши мумкин. Бунинг натижасида емирилаётган ядроларнинг таркиби ёки ички энергияси ўзгаради. Радиоактивлик табиий шароитда рўй бериб қолмай, сунъий йўл билан ҳам ҳосил қилиш мумкин.

Аммо иккала радиоактивлик орасида фарқ йўқ. Радиоактивлик қонунлари радиоактив изотопнинг қандай олинишига боғлиқ эмас. Радиоактивлик ядронинг ички хусусияти бўлиб, ҳар бир ядро ўзига хос емирилиш тури, интенсивлигига эга. Радиоактивлик хусусияти ташқи таъсирлар (температура, босим, электр ёки магнит майдон)га боғлиқ эмас. Кўпгина радиоактив ядролар нишон ядрони турли тезлаштирилган зарралар билан бомбардимон қилиш билан ҳосил қилинади.

Энди зарраларни бир-биридан фарқ қилувчи хусусияти — уларнинг характеристикаларига тўхталиб ўтамиз. Зарраларни характерловчи катталиклар — квант сонлари сақланиш қонунлари асосида юзага келади. Бу сақланиш қонунлари фазо — вақт симметрияси ёки ички фазо симметриялари натижасида юзага келади. Ички симметрия ўзаро таъсир симметриясини ифодалайди ва ички квант сонларига олиб келади.

1. Масса

Зарранинг ўзига хос индивидуаллигини белгиловчи катталик унинг массасидир. Эйнштейн тенгламаси га кўра масса мегаэлектронволтларда ифодаланади. Ҳар қандай ўзаро таъсирда масса сақланиши керак. Масса динамик табиатга эга ва зарраларнинг асосий классификация белгиси ҳисобланмайди. Д. И. Менделеев ҳам элементар даврий жадвалини дастлаб атомлар массасига қараб тузган ва бу уриниш нотўғри бўлиб чиқди.

2. Спин

Зарранинг иккинчи характеристик белгиси унинг спинидир. Ж — спин бирликларида ўлчанади ва зарранинг хусусий ҳаракат миқдори моментини белгилайди. Масалан, фотоннинг спини — 1, гравитонники — , лептонлар — , мезонлар — , барионлар - , - гиперон - спинга эга. Бутун спинли зарралар -бозонлар, каср спинли зарралар эса — фермионлар деб аталади.

3. Жуфтлик

Зарраларнинг учинчи характеристикаси фазовий жуфтлигидир. Фазовий жуфтлик деганда заррача тўлқин функсиясининг фазо координатасини каби ўзгартиргандаги ўзини тутиши тушунилади.

Оламнинг асоси нимадан иборат, яъни атрофимизни ўраб турган барча мавжудотлар қандай тузилган деган савол қадим замонлардан одамлар онгини банд қилиб келган. Бу саволга биринчи бўлиб, грек файласуфлари жавоб беришга ҳаракат қилишган. Улардан бирлари олам 4та унсур — ҳаво, сув, тупроқ, ва оловдан ташкил топган (Анаксимен) дейишса, бошқалари эса олам структурага эга бўлмаган ва энг кичик бўлинмас атомлардан (Демокрит) тузилган деган ғояларни илгари суришган. 19 — асрда Менделеев томонидан элементлар даврий жадвалининг тузилиши, маълум маънода файласуфлар ғояларини тасдиқлади. Лекин оламни Менделеев жадвали элементлари орқали тушунтирадиган бўлсак, унинг жуда мураккаблигини сезамиз. Бу химиявий элементлар хоссаларининг такрорланиши ҳам уларнинг асосида янада фундаментал тузилмалар борлигини билдиради. 19 — аср охирида, аниқроғи 1896 йили А.Беккерел томонидан радиоактивлик ҳодисасининг очилиши ва бу ҳодисанинг кейинчалик кенг кўламда ўрганилиши элементар заррралар физикасида катта ютуқ бўлди. Шу йилдан бошлаб, то 1932 йилгача атом тузилиши тўлалигича ўрганиб бўлинди ва 1932 йилдан кейинги давр ядро физикаси эраси деб аталадиган бўлди. Энди то 1932 йилгача бўлган муҳим ютуқларни санаб ўтамиз.

1. Барча моддалар м ўлчамли нейтрал зарралар — атомлардан тузилган. Бу факт 19 — асрдаёқ тўла тасдиқланган эди.

2. Лекин, атом қадимги файласуфлар фараз қилгандек бўлинмас, структурасиз тузилма бўлмай, балки мураккаб квант — механик об’ектдир.

3. Атомнинг таркибий қисми унинг электрон қобиғи бўлиб, унинг умумий заряди га тенг (1913 й. Н.Бор, 1915 — 1916 й. А.Зоммерфелд) ва шу билан бирга у атомнинг барча кимёвий ва физикавий хусусиятларни белгилайди.

4. Атом марказида ўлчами м га тенг ядро мавжуд бўлиб, унинг заряди га тенг (1911 — 1914 Э. Резерфорд).Шундай қилиб, 1940 йиллар охирига келиб элементар зарралар сони 15 тагача етди. Лекин коинот нурлари билан бўладиган жараёнларни ўрганиш ва элементар зарраларни тезлаштирувчи техниканинг тараққиёти янада янги элементар заррларнинг очилишига олиб келди. 1950 йилларнинг ўзида 15 тагача яқин янги зарралар кашф қилинди, 1960 йилларнинг ўрталарига келиб, элементар зарралар сони Менделеев даврий системаси элементлари сонидан ҳам ошиб кетди. Бу ҳолат янада сони ошиб бораётган элементар зарраларнинг „элементар“лигини, яъни ҳақиқатда ҳам структурага эга эмаслигини шубҳа остига қўйди. Элементар зарра деганда структурага эга бўлмаган ва бошқа ўзидан майда заррага бўлинмайдиган зарра тушунилади. Шу сабабли, физиклар ҳозиргача элементар зарра деб эътироф этилган зарралар аслида элементар бўлмасдан янада фундаментал, бўлинмас зарралардан ташкил топган бўлиши мумкин деган фикрга келишди.

Маълумки, элементар зарралар оламида кучли ўзаро таъсирда қатнашувчи зарралар — адронлар (адрон — кучли, йирик маъносини англатувчи юнонча „ҳадрос“ сўзидан олинган)га мансуб зарралар кўпчиликни ташкил қилади. Шу билан бирга маълум бир белгисига қараб адронлар турлича номдаги кичик гуруҳларга ажратилади. Адронларнинг шундай бир гуруҳини „ғалати“ зарралар деб аташади. Хўш, бу зарраларнинг ғалатилиги нимада, уларнинг табиатидаги бошқа адронлардан фарқланувчи ўзига хослик нимадан иборат?

Манбалар

↑ „Лекции по общей астрофизике для физиков“.

Адабиётлар

Чечев В. П., Крамаровский Я. М. Нуклеосинтез // Физическая энсиклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Болшая российская энсиклопедия, 1992. — Т. 3: Магнитоплазменний — Пойнтинга теорема. — С. 363—366. — 672 с. — 48 000 экз. — ИСБН 5-85270-019-3.
Ишханов Б. C., Капитонов И. М., Тутин И. М. Нуклеосинтез во Вселенной Архивная копия от 27 декабря 2012 на Wайбаcк Мачине — М.: Изд-во Московского университета.— 1998.
Cлайтон, Д. Д.. Принcиплес оф Стеллар Эволутион анд Нуcлеосйнтҳесис, Репринт, Чиcаго, УСА: Университй оф Чиcаго Пресс, 1983. ИСБН 978-0-226-10952-7.
Cлайтон, Д. Д.. Ҳандбоок оф Исотопес ин тҳе Cосмос. Cамбридге, УК: Cамбридге Университй Пресс, 2003. ИСБН 978-0-521-82381-4.
Ролфс, C. Э.; Родней, W. С.. Cаулдронс ин тҳе Cосмос: Нуcлеар Астропҳйсиcс. Чиcаго, УСА: Университй оф Чиcаго Пресс, 2005. ИСБН 978-0-226-72457-7.
Илиадис, C.. Нуcлеар Пҳйсиcс оф Старс. Wеинҳеим, Германй: Wилей-ВCҲ, 2007. ИСБН 978-3-527-40602-9.

[1] „Лекции по общей астрофизике для физиков“.

[1]