Τα σωματίδια που αποτελούν άτομα μπορεί να είναιφανταστείτε με διαφορετικούς τρόπους - για παράδειγμα, με τη μορφή στρογγυλών σωματιδίων σκόνης. Είναι τόσο μικρά που κάθε τέτοιο κόκκο σκόνης δεν μπορεί να εξεταστεί ξεχωριστά. Όλη η ύλη που υπάρχει στον περιβάλλοντα κόσμο αποτελείται από τέτοια σωματίδια. Ποια είναι τα σωματίδια που απαρτίζουν τα άτομα;
Ορισμός
Ένα υποατομικό σωματίδιο είναι ένα από αυτά"Τούβλα" από τα οποία χτίζεται ολόκληρος ο γύρω κόσμος. Αυτά τα σωματίδια περιλαμβάνουν πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία αποτελούν μέρος των ατομικών πυρήνων. Αυτή η κατηγορία περιλαμβάνει επίσης ηλεκτρόνια που περιστρέφονται σε πυρήνες. Με άλλα λόγια, τα υποατομικά σωματίδια στη φυσική είναι πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Στον κόσμο που είναι εξοικειωμένοι με τους ανθρώπους, κατά κανόνα, δεν υπάρχουν σωματίδια άλλου είδους - ζουν ασυνήθιστα λίγο. Όταν τελειώνει η ηλικία τους, αποσυντίθενται σε συνηθισμένα σωματίδια.
Ο αριθμός αυτών των υποατομικών σωματιδίων πουζουν για σχετικά μικρό χρονικό διάστημα, σήμερα υπάρχουν εκατοντάδες. Ο αριθμός τους είναι τόσο μεγάλος που οι επιστήμονες δεν χρησιμοποιούν πλέον τα συνήθη ονόματα για τον χαρακτηρισμό τους. Όπως τα αστέρια, συχνά τους αποδίδονται αριθμοί και γράμματα.
Κύρια χαρακτηριστικά
Μεταξύ των πιο σημαντικών χαρακτηριστικών οποιουδήποτεΤα υποατομικά σωματίδια περιλαμβάνουν σπιν, ηλεκτρικό φορτίο και μάζα. Δεδομένου ότι το βάρος ενός σωματιδίου σχετίζεται συχνά με τη μάζα του, ορισμένα από τα σωματίδια παραδοσιακά ονομάζονται "βαρύ". Η εξίσωση που προήλθε από τον Αϊνστάιν (E = mc2) δείχνει ότι η μάζα ενός υποατομικού σωματιδίου εξαρτάται άμεσα από την ενέργεια και την ταχύτητά του. Όσον αφορά το ηλεκτρικό φορτίο, είναι πάντα πολλαπλάσιο της βασικής μονάδας. Για παράδειγμα, εάν η φόρτιση ενός πρωτονίου είναι +1, τότε η φόρτιση ενός ηλεκτρονίου είναι -1. Ωστόσο, ορισμένα από τα υποατομικά σωματίδια, όπως ένα φωτόνιο ή νετρίνο, δεν έχουν καθόλου ηλεκτρικό φορτίο.
Επίσης ένα σημαντικό χαρακτηριστικό είναι η διάρκεια ζωήςσωματίδια. Πιο πρόσφατα, οι επιστήμονες ήταν πεπεισμένοι ότι τα ηλεκτρόνια, τα φωτόνια, καθώς και τα νετρίνα και τα πρωτόνια, είναι εντελώς σταθερά και η διάρκεια ζωής τους είναι σχεδόν άπειρη. Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει. Ένα νετρόνιο, για παράδειγμα, παραμένει σταθερό μόνο μέχρι να "απελευθερωθεί" από τον ατομικό πυρήνα. Μετά από αυτό, ο χρόνος ζωής του είναι κατά μέσο όρο 15 λεπτά. Όλα τα ασταθή σωματίδια υφίστανται μια διαδικασία κβαντικής αποσύνθεσης που δεν μπορεί ποτέ να είναι πλήρως προβλέψιμη.
Έρευνα σωματιδίων
Το άτομο θεωρήθηκε αδιαίρετο - μέχριανακαλύφθηκε η δομή του. Πριν από έναν αιώνα, ο Ράδερφορντ έκανε τα διάσημα πειράματά του στον βομβαρδισμό ενός λεπτού φύλλου με μια ροή σωματιδίων άλφα. Αποδείχθηκε ότι τα άτομα της ουσίας είναι πρακτικά κενά. Και στο κέντρο του ατόμου είναι όλα όσα ονομάζουμε τον πυρήνα του ατόμου - είναι περίπου χίλιες φορές μικρότερο από το ίδιο το άτομο. Εκείνη την εποχή, οι επιστήμονες πίστευαν ότι ένα άτομο αποτελείται από δύο τύπους σωματιδίων - έναν πυρήνα και ηλεκτρόνια.
Με την πάροδο του χρόνου, οι επιστήμονες έχουν μια ερώτηση:Γιατί το πρωτόνιο, το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο κολλάνε μεταξύ τους και δεν αποσυντίθενται σε διαφορετικές κατευθύνσεις υπό την επίδραση των δυνάμεων Coulomb; Και επίσης για τους επιστήμονες εκείνης της εποχής παρέμεινε ασαφές: εάν αυτά τα σωματίδια είναι στοιχειώδη, τότε τίποτα δεν μπορεί να συμβεί σε αυτά και πρέπει να ζήσουν για πάντα.
Με την ανάπτυξη της κβαντικής φυσικής, ερευνητέςανακάλυψε ότι το νετρόνιο υπόκειται σε αποσύνθεση και ταυτόχρονα αρκετά γρήγορο. Διασπάται σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και κάτι άλλο που ήταν αδύνατο να πιάσει. Το τελευταίο παρατηρήθηκε από την έλλειψη ενέργειας. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι ο κατάλογος των στοιχειωδών σωματιδίων εξαντλήθηκε, αλλά τώρα είναι γνωστό ότι αυτό απέχει πολύ από την περίπτωση. Ανακαλύφθηκε ένα νέο σωματίδιο που ονομάζεται νετρίνο. Δεν φέρει ηλεκτρικό φορτίο και έχει εξαιρετικά ελαφριά μάζα.
Νετρόνιο
Το νετρόνιο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο που διαθέτειουδέτερο ηλεκτρικό φορτίο. Η μάζα του είναι σχεδόν 2 χιλιάδες φορές η μάζα ενός ηλεκτρονίου. Δεδομένου ότι τα νετρόνια ανήκουν στην κατηγορία των ουδέτερων σωματιδίων, αλληλεπιδρούν απευθείας με τους πυρήνες των ατόμων και όχι με τα κελύφη ηλεκτρονίων τους. Τα νετρόνια έχουν επίσης μια μαγνητική ροπή που επιτρέπει στους επιστήμονες να μελετήσουν τη μικροσκοπική μαγνητική δομή της ύλης. Η ακτινοβολία νετρονίων είναι ακίνδυνη ακόμη και για τους βιολογικούς οργανισμούς.
Υποατομικό σωματίδιο - πρωτόνιο
Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι αυτά τα «δομικά στοιχεία της ύλης»αποτελούνται από τρία κουάρκ. Το πρωτόνιο είναι ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο. Η μάζα ενός πρωτονίου είναι 1836 φορές η μάζα ενός ηλεκτρονίου. Ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, που συνδυάζουν, σχηματίζουν το απλούστερο χημικό στοιχείο - ένα άτομο υδρογόνου. Μέχρι πρόσφατα, πιστεύεται ότι τα πρωτόνια δεν μπορούν να αλλάξουν την ακτίνα τους ανάλογα με το ποια ηλεκτρόνια περιστρέφονται πάνω τους. Το πρωτόνιο είναι ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σωματίδιο. Όταν συνδέεται με ένα ηλεκτρόνιο, μετατρέπεται σε νετρόνιο.
Ηλεκτρόνιο
Το ηλεκτρόνιο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από έναν Άγγλο φυσικόJ. Thomson το 1897. Αυτό το σωματίδιο, όπως πιστεύουν οι επιστήμονες, είναι ένα στοιχειώδες, ή ένα σημείο. Αυτό είναι το όνομα ενός υποατομικού σωματιδίου σε ένα άτομο που δεν έχει τη δική του δομή - δεν αποτελείται από άλλα, μικρότερα, συστατικά. Σε συνδυασμό με ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο, ένα ηλεκτρόνιο σχηματίζει ένα άτομο. Τώρα οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη καταλάβει από τι αποτελείται αυτό το σωματίδιο. Ένα ηλεκτρόνιο είναι ένα σωματίδιο που έχει ένα άπειρο ηλεκτρικό φορτίο. Η ίδια η λέξη «ηλεκτρόνιο» σε μετάφραση από τα αρχαία ελληνικά σημαίνει «κεχριμπάρι» - τελικά, ήταν πορτοκαλί που οι επιστήμονες της Ελλάδας μελετούσαν τα φαινόμενα της ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτός ο όρος προτάθηκε από τον Βρετανό φυσικό το 1894 J. Stoney.
Γιατί να μελετήσετε τα στοιχειώδη σωματίδια;
Η απλούστερη απάντηση στο ερώτημα γιατί οι επιστήμονεςΗ γνώση για τα υποατομικά σωματίδια είναι απαραίτητη, ακούγεται έτσι: για να έχουμε πληροφορίες για την εσωτερική δομή του ατόμου. Ωστόσο, μια τέτοια δήλωση περιέχει μόνο ένα κλάσμα της αλήθειας. Στην πραγματικότητα, οι επιστήμονες μελετούν όχι μόνο την εσωτερική δομή του ατόμου - το κύριο πεδίο της έρευνάς τους είναι οι συγκρούσεις των μικρότερων σωματιδίων της ύλης. Όταν αυτά τα σωματίδια, που διαθέτουν τεράστια ενέργεια, συγκρούονται μεταξύ τους με υψηλές ταχύτητες, με την κυριολεκτική έννοια της λέξης, γεννιέται ένας νέος κόσμος και τα θραύσματα της ύλης που απομένουν μετά από συγκρούσεις βοηθούν να αποκαλύψουν τα μυστικά της φύσης που ήταν πάντα ένα μυστήριο στους επιστήμονες.