Nukleosintez

Elementlarning kelib chiqish jadvali

Nukleosintez (lotincha: nucleus „yadrosi“ qadimgi yunoncha: σύνθεσις qadimgi yunoncha: σύνθεσις" bogʻlanish, tarkib) — vodoroddan ogʻirroq kimyoviy elementlarning yadrolarini hosil qilishning tabiiy jarayoni. Nukleosintez kimyoviy elementlar va ularning izotoplarining koʻpligining sababli yuzaga keladi. Nukleosintezning uchta asosiy bosqichiga birlamchi nukleosintez (Katta portlash paytida koinot mavjudligining dastlabki bosqichlarida sodir boʻlgan), yulduz nukleosintezi (yulduzlarning tinch yonishi va portlashlari paytida), shuningdek kosmik taʼsir ostidagi nukleosintez kiradi.

Birlamchi nukleosintez

Birlamchi nukleosintez jarayonida litiydan ogʻirroq boʻlmagan elementlar hosil boʻladi, standart Big Bang modeli elementlarning quyidagi nisbatini taxmin qiladi: ¹ H — 75%, <sup id="mwJA">4</sup> He — 25%, D (² H) — 3 ×10⁻⁵ , ³ He — 2 ×10⁻⁵ , <sup id="mwLg">7</sup> Li — 10 ⁻⁹, bu katta qizil siljishli jismlardagi moddalar tarkibini aniqlash bo‘yicha eksperimental maʼlumotlarga yaxshi mos keladi (kvazarlar spektrlaridagi chiziqlardan) . Lekin oʻsha yillarda koinot nurlari tarkibida ushbu maʼlum zarralarga oʻxshamaydigan zarralar qayd qilina boshlandi. Ularning oʻziga xosligi shundan iborat ediki, bu zarralar birlamchi koinot nurlari (yaʼni koinotdan kelayotgan zarralar oqimi)ning moddalar bilan taʼsirlashishi natijasida har doim juft holda (asosan, ikkita boʻlib) hosil boʻlishi edi. Birlamchi koinot nurlarining moddalar yoki atmosfera elementlari bilan toʻqnashishidan (oʻzaro taʼsirlashishidan) hosil boʻlgan bunday zarralarga ikkilamchi koinot nurlari deyiladi. Pufakli kameralar yordamida olingan minglab fotosuratlarda bunday, doimo ikkita boʻlib, juft holda hosil boʻladigan zarralar V shaklida iz qoldirgani sababli, ular dastlab V-zarralar deb nomlandi. Jarayonda zarralar qoldirgan izlarni tahlil qilish V-zarralarning juda tez, taxminan  sekund davomida hosil boʻlishini koʻrsatdi (tasvirda bu V shakldagi ikkita zarra deyarli nuqtada hosil boʻladi). Hosil boʻlgan zarralar esa bir necha santimetr uzunlikda iz qoldirib yana oddiy zarralarga parchalanadi. Shunday qilib, gʻalati zarralarning „gʻalatiligi“ ancha vaqtgacha mavhumligicha qoldi. Bu holatni tushuntirishga qaratilgan barcha urinishlar samara bermadi. Masalan,  amerikalik fizik Marri Gell-Mann va yapon fizigi Katsuxiko Nishidjimalar tomonidan izotopik spin formalizmi yordamida gʻalati zarralarni tushuntirishga boʻlgan urinish natija bermadi. Ular gʻalati zarralarni izotopik spiniga  qarab multipletlarga, yaʼni kichik guruhlarga birlashtirishga harakat qilishdi va shu asosda ularning oʻzlarini „gʻalati“ tutishlari sababini izlashdi. Shu oʻrinda „minimal“ yoki „tuzilma“ modellar toʻgʻrisida ham toʻxtalib oʻtish maqsadga muvofiqdir.

XX asrning 40-yillari oxirlariga kelib adronlar turlarining oshishi bilan „minimal“ (tuzilma) modellar qurishga zaruriyat tugʻildi. Bunday modellar gʻoyasiga koʻra,  zarralarning faqat ayrimlarigina asosiy — fundamental boʻlib, qolgan barcha zarralar ushbu asosiy zarralardan tuzilgan boʻlishi kerak edi.

Yulduzli nukleosintez

Yulduzlarda birlamchi nukleosintezga qoʻshimcha ravishda eng engil yadrolarning bir qismi hosil boʻladi. Asosiy ketma-ketlikdagi yulduzlar uchun asosiy energiya manbai geliy-4 ning proton-proton siklida va CNO siklida (Quyoshdan ogʻirroq yulduzlar uchun) vodoroddan sintezidir. proton-protonda (pp) tsikl, oraliq mahsulotlar sifatida deyteriy, geliy-3 va litiy-7 hosil boʻladi.

Geliy-4, shuningdek , birlamchi deyteriyning yonishi paytida hosil boʻladi, bu hatto jigarrang mittilarda ham paydo boʻlishi mumkin, bu hali mumkin emas.pp -markazdagi juda past harorat va bosim tufayli hosil boʻladigan jarayon jarayon.

Ogʻirroq yadrolarning sintezi yulduzlarda ham sodir boʻladi. Uglerod-12 uch marta geliy reaktsiyasida hosil boʻladi (shu jumladan uning qizil gigantlarning yadrolarida geliy olovi deb nomlanuvchi portlovchi koʻrinishi):

${}_{2}^{4}{\textrm {He}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}\rightarrow {}_{4}^{8}{\textrm {Be}},$

${}_{4}^{8}{\textrm {Be}}+{}_{2}^{4}{\textrm {He}}\rightarrow {}_{6}^{12}{\textrm {C}}.$

Baʼzi boshqa engil yadrolar (ftor ¹⁹ F gacha) CNO siklidagi nisbatan past massali yulduzlarning ichki qismida sintezlanishi mumkin.

Temir ⁵⁶ Fe gacha boʻlgan yadrolar (bu yadro har bir nuklon uchun maksimal bogʻlanish energiyasiga ega) massiv yulduzlarning ichki qismidagi engilroq yadrolarning birlashishi natijasida sintezlanadi. Sharoitlarga qarab, bu erda uglerod (shu jumladan portlovchi), kislorod, neon, kremniyning yonishi, alfa zarralarini yadrolar tomonidan tutilishi (alfa jarayoni) kabi jarayonlar ishtirok etadi.

Ogʻir va oʻta ogʻir yadrolarning sintezi sekin yoki tez neytronlarni ushlash (qarang : s-jarayon, r-jarayon), ehtimol oʻta yangi yulduzlarda va oʻta yangi yulduz portlashlari paytida. Neytron yetishmaydigan ogʻir yadrolarning hosil boʻlishi p-jarayon va rp-jarayondan (sekin va tez proton tutilishi) oʻtadi. Neytronlar va protonlarning tutilishi mos ravishda kuzatiladi,β⁻ — vaβ⁺ -hosil boʻlgan yadrolarning yemirilishi .

Portlovchi nukleosintez

Oʻta yangi yulduz portlashlari va yulduz tomonidan gidrostatik muvozanatning yoʻqolishi bilan bogʻliq boshqa tez jarayonlar paytida sodir boʻladi. Ugleroddan temirgacha va baʼzi ogʻirroq elementlarning shakllanishi uchun qisman javobgardir .

Kosmik nurlardagi nukleosintez

Kosmik nurlardagi parchalanish reaktsiyalari tufayli engilroq yadrolar uglerod, azot va kislorod yadrolaridan paydo boʻlib, birlamchi va yulduz nukleosintezi jarayonlari, xususan, litiy-6, berilliy-9, bor-10 va bor-11 tomonidan „aylanib oʻtadi“.

Radioaktivlik vaqtida bir yadro holatidan ikkinchi yadro holatiga oʻtadi, bubilan yadro oʻz tarkibida boʻlgan va radioaktivlik vaqtida vujudga keluvchi zarralar(M: alfa, proton, beta, va h.) yengil yadrolar hamda fotonlarni chiqarishi mumkin. Buning natijasida yemirilayotgan yadrolarning tarkibi yoki ichki energiyasi oʻzgaradi. Radioaktivlik tabiiy sharoitda roʻy berib qolmay, sunʼiy yoʻl bilan ham hosil qilish mumkin.

Ammo ikkala radioaktivlik orasida farq yoʻq. Radioaktivlik qonunlari radioaktiv izotopning qanday olinishiga bogʻliq emas. Radioaktivlik yadroning ichki xususiyati boʻlib, har bir yadro oʻziga xos yemirilish turi, intensivligiga ega. Radioaktivlik xususiyati tashqi taʼsirlar (temperatura, bosim, elektr yoki magnit maydon)ga bogʻliq emas. Koʻpgina radioaktiv yadrolar nishon yadroni turli tezlashtirilgan zarralar bilan bombardimon qilish bilan hosil qilinadi.

Endi zarralarni bir-biridan farq qiluvchi xususiyati — ularning xarakteristikalariga toʻxtalib oʻtamiz. Zarralarni xarakterlovchi kattaliklar — kvant sonlari saqlanish qonunlari asosida yuzaga keladi. Bu saqlanish qonunlari fazo — vaqt simmetriyasi yoki ichki fazo simmetriyalari natijasida yuzaga keladi. Ichki simmetriya oʻzaro taʼsir simmetriyasini ifodalaydi va ichki kvant sonlariga olib keladi.

1.  Massa

Zarraning oʻziga xos individualligini belgilovchi kattalik uning massasidir. Eynshteyn tenglamasi    ga koʻra massa megaelektronvoltlarda ifodalanadi. Har qanday oʻzaro taʼsirda massa saqlanishi kerak. Massa dinamik tabiatga ega va zarralarning asosiy klassifikatsiya belgisi hisoblanmaydi. D. I. Mendeleyev ham elementar davriy jadvalini dastlab atomlar massasiga qarab tuzgan va bu urinish notoʻgʻri boʻlib chiqdi.

2.  Spin

Zarraning ikkinchi xarakteristik belgisi uning spinidir. J — spin   birliklarida oʻlchanadi va zarraning xususiy harakat miqdori momentini belgilaydi. Masalan, fotonning spini — 1, gravitonniki — , leptonlar — , mezonlar — , barionlar -  ,  - giperon -   spinga ega. Butun spinli zarralar -bozonlar, kasr spinli zarralar esa — fermionlar deb ataladi.

3.  Juftlik

Zarralarning uchinchi xarakteristikasi fazoviy juftligidir. Fazoviy juftlik deganda zarracha toʻlqin funksiyasining fazo koordinatasini   kabi oʻzgartirgandagi oʻzini tutishi tushuniladi.

Olamning asosi nimadan iborat, yaʼni atrofimizni oʻrab turgan barcha mavjudotlar qanday tuzilgan degan savol qadim zamonlardan odamlar ongini band qilib kelgan. Bu savolga birinchi boʻlib, grek faylasuflari javob berishga harakat qilishgan. Ulardan birlari olam 4ta unsur — havo, suv, tuproq, va olovdan tashkil topgan (Anaksimen) deyishsa, boshqalari esa olam strukturaga ega boʻlmagan va eng kichik boʻlinmas atomlardan (Demokrit) tuzilgan degan gʻoyalarni ilgari surishgan. 19 — asrda Mendeleyev tomonidan elementlar davriy jadvalining tuzilishi, maʼlum maʼnoda faylasuflar gʻoyalarini tasdiqladi. Lekin olamni Mendeleyev jadvali elementlari orqali tushuntiradigan boʻlsak, uning juda murakkabligini sezamiz. Bu ximiyaviy elementlar xossalarining takrorlanishi ham ularning asosida yanada fundamental tuzilmalar borligini bildiradi. 19 — asr oxirida, aniqrogʻi 1896 yili A.Bekkerel tomonidan radioaktivlik hodisasining ochilishi va bu hodisaning keyinchalik keng koʻlamda oʻrganilishi elementar zarrralar fizikasida katta yutuq boʻldi. Shu yildan boshlab, to 1932 yilgacha atom tuzilishi toʻlaligicha oʻrganib boʻlindi va 1932 yildan keyingi davr yadro fizikasi erasi deb ataladigan boʻldi. Endi to 1932 yilgacha boʻlgan muhim yutuqlarni sanab oʻtamiz.

1. Barcha moddalar  m oʻlchamli neytral zarralar — atomlardan    tuzilgan.   Bu    fakt    19 — asrdayoq    toʻla tasdiqlangan edi.

2.  Lekin,  atom qadimgi faylasuflar faraz qilgandek boʻlinmas,    strukturasiz    tuzilma   boʻlmay,    balki murakkab kvant — mexanik ob’yektdir.

3. Atomning  tarkibiy  qismi uning  elektron  qobigʻi boʻlib, uning umumiy zaryadi  ga teng (1913 y. N.Bor, 1915 — 1916 y. A.Zommerfeld) va shu bilan birga u  atomning barcha   kimyoviy      va     fizikaviy xususiyatlarni belgilaydi.

4.  Atom markazida oʻlchami m ga teng yadro mavjud boʻlib,   uning   zaryadi  ga teng   (1911 — 1914   E. Rezerford).Shunday qilib, 1940 yillar oxiriga kelib elementar zarralar soni 15 tagacha yetdi. Lekin koinot nurlari bilan boʻladigan jarayonlarni oʻrganish va elementar zarralarni tezlashtiruvchi texnikaning taraqqiyoti yanada yangi elementar zarrlarning ochilishiga olib keldi. 1950 yillarning oʻzida 15 tagacha yaqin yangi zarralar kashf qilindi, 1960 yillarning oʻrtalariga kelib, elementar zarralar soni Mendeleyev davriy sistemasi elementlari sonidan ham oshib ketdi. Bu holat yanada soni oshib borayotgan elementar zarralarning „elementar“ligini, yaʼni haqiqatda ham strukturaga ega emasligini shubha ostiga qoʻydi. Elementar zarra deganda strukturaga ega boʻlmagan va boshqa oʻzidan mayda zarraga boʻlinmaydigan zarra tushuniladi. Shu sababli, fiziklar hozirgacha elementar zarra deb eʼtirof etilgan zarralar aslida elementar boʻlmasdan yanada fundamental, boʻlinmas zarralardan tashkil topgan boʻlishi mumkin degan fikrga kelishdi.

Maʼlumki, elementar zarralar olamida kuchli oʻzaro taʼsirda qatnashuvchi zarralar — adronlar (adron — kuchli, yirik maʼnosini anglatuvchi yunoncha „hadros“ soʻzidan olingan)ga mansub zarralar koʻpchilikni tashkil qiladi. Shu bilan birga maʼlum bir belgisiga qarab adronlar turlicha nomdagi kichik guruhlarga ajratiladi. Adronlarning shunday bir guruhini „gʻalati“ zarralar deb atashadi. Xoʻsh, bu zarralarning gʻalatiligi nimada, ularning tabiatidagi boshqa adronlardan farqlanuvchi oʻziga xoslik nimadan iborat?

Adabiyotlar

• Chechev V. P., Kramarovskiy Ya. M. Nukleosintez // Fizicheskaya ensiklopediya : [v 5 t.] / Gl. red. A. M. Proxorov. — M.: Bolshaya rossiyskaya ensiklopediya, 1992. — T. 3: Magnitoplazmenniy — Poyntinga teorema. — S. 363—366. — 672 s. — 48 000 ekz. — ISBN 5-85270-019-3.
• Ishxanov B. C., Kapitonov I. M., Tutin I. M. Nukleosintez vo Vselennoy Arxivnaya kopiya ot 27 dekabrya 2012 na Wayback Machine — M.: Izd-vo Moskovskogo universiteta.— 1998.
• Clayton, D. D.. Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis, Reprint, Chicago, USA: University of Chicago Press, 1983. ISBN 978-0-226-10952-7. 
• Clayton, D. D.. Handbook of Isotopes in the Cosmos. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2003. ISBN 978-0-521-82381-4. 
• Rolfs, C. E.; Rodney, W. S.. Cauldrons in the Cosmos: Nuclear Astrophysics. Chicago, USA: University of Chicago Press, 2005. ISBN 978-0-226-72457-7. 
• Iliadis, C.. Nuclear Physics of Stars. Weinheim, Germany: Wiley-VCH, 2007. ISBN 978-3-527-40602-9.