Hartikkeleita, joista muodostuu atomeja, voidaan kuvitella eri tavoin - esimerkiksi pyöreinä pölyhiukkasina. Ne ovat niin pieniä, että jokaista tällaista pölyjyvää ei voida tarkastella erikseen. Kaikki ympäröivässä maailmassa oleva aine koostuu tällaisista hiukkasista. Mitkä ovat hiukkaset, jotka muodostavat atomeja?
Määritelmä
Subatomi hiukkanen on yksi niistä "tiilistä", joista koko maailma on rakennettu. Näitä hiukkasia ovat protonit ja neutronit, jotka ovat osa atomiytimiä. Tähän luokkaan kuuluvat myös ytimien ympärillä kiertävät elektronit. Toisin sanoen subatomiset hiukkaset fysiikassa ovat protoneja, neutroneja ja elektroneja. Ihmiselle tutussa maailmassa ei yleensä löydy toisenlaisia hiukkasia - ne elävät epätavallisen lyhyesti. Kun heidän ikänsä päättyy, ne hajoavat tavallisiksi hiukkasiksi.
Niiden subatomisten hiukkasten määrä, jotka elävät suhteellisen lyhyesti, on nykyään satoja. Niiden määrä on niin suuri, että tiedemiehet eivät enää käytä niille tavallisia nimiä. Kuten tähdille, niille annetaan usein numeeriset ja aakkosmerkit.
Pääominaisuudet
Spin, sähkövaraus ja massa ovat subatomisten hiukkasten tärkeimpiä ominaisuuksia. Koska hiukkasen paino liittyy usein massaan, joitain hiukkasista kutsutaan perinteisesti "raskaiksi". Einsteinin yhtälö (E=mc2) osoittaa, että subatomisen hiukkasen massa riippuu suoraan sen energiasta ja nopeudesta. Mitä tulee sähkövaraukseen, se on aina perusyksikön kerrannainen. Esimerkiksi jos protonin varaus on +1, niin elektronin varaus on -1. Joillakin subatomisilla hiukkasilla, kuten fotonilla tai neutriinolla, ei kuitenkaan ole lainkaan sähkövarausta.
Tärkeä ominaisuus on myös hiukkasen käyttöikä. Viime aikoina tiedemiehet ovat olleet varmoja siitä, että elektronit, fotonit sekä neutriinot ja protonit ovat täysin vakaita ja niiden elinikä on lähes ääretön. Tämä ei kuitenkaan ole aivan totta. Esimerkiksi neutroni pysyy stabiilina vain kunnes se "vapautetaan" atomin ytimestä. Sen jälkeen sen käyttöikä on keskimäärin 15 minuuttia. Kaikki epävakaat hiukkaset käyvät läpi kvanttihajoamisprosessin, jota ei voida koskaan täysin ennustaa.
hiukkastutkimus
Atomia pidettiin jakamattomana, kunnes sen rakenne löydettiin. Noin sata vuotta sitten Rutherford teki kuuluisat kokeensa, jotka koostuivat ohuen levyn pommittamisesta alfahiukkasvirralla. Kävi ilmi, että aineen atomit ovat käytännössä tyhjiä. Ja atomin keskustassa on kaikki, mitä kutsumme atomin ytimeksi - senoin tuhat kertaa pienempi kuin itse atomi. Tuolloin tutkijat uskoivat, että atomi koostui kahden tyyppisistä hiukkasista - ytimestä ja elektroneista.
Ajan mittaan tiedemiehillä on kysymys: miksi protoni, elektroni ja positroni tarttuvat toisiinsa eivätkä hajoa eri suuntiin Coulombin voimien vaikutuksesta? Ja myös tuon ajan tiedemiehille se jäi epäselväksi: jos nämä hiukkaset ovat alkeishiukkasia, niille ei voi tapahtua mitään, ja niiden täytyy elää ikuisesti.
Kvanttifysiikan kehityksen myötä tutkijat ovat havainneet, että neutroni hajoaa ja samalla melko nopeasti. Se hajoaa protoniksi, elektroniksi ja joksikin muuksi, jota ei voitu saada kiinni. Jälkimmäinen huomattiin energian puutteesta. Sitten tiedemiehet olettivat, että alkuainehiukkasten luettelo oli käytetty loppuun, mutta nyt tiedetään, että tämä ei ole kaukana siitä. Uusi hiukkanen nimeltä neutrino on löydetty. Siinä ei ole sähkövarausta ja sen massa on erittäin pieni.
Neutron
Neutroni on subatominen hiukkanen, jolla on neutraali sähkövaraus. Sen massa on lähes 2000 kertaa elektronin massa. Koska neutronit kuuluvat neutraalien hiukkasten luokkaan, ne ovat vuorovaikutuksessa suoraan atomien ytimien kanssa, eivät niiden elektronikuoren kanssa. Neutroneilla on myös magneettinen momentti, jonka avulla tutkijat voivat tutkia aineen mikroskooppista magneettista rakennetta. Neutronisäteily on vaaratonta jopa biologisille organismeille.
Subatomi hiukkanen – protoni
Tutkijat ovat havainneet, että nämä"Aineen tiilet" koostuvat kolmesta kvarkista. Protoni on positiivisesti varautunut hiukkanen. Protonin massa ylittää elektronin massan 1836 kertaa. Yksi protoni ja yksi elektroni muodostavat yksinkertaisimman kemiallisen alkuaineen, vetyatomin. Viime aikoihin asti uskottiin, että protonit eivät voi muuttaa sädettään riippuen siitä, mitkä elektronit kiertävät niitä. Protoni on sähköisesti varautunut hiukkanen. Yhdistämällä elektroniin se muuttuu neutroniksi.
Electron
Englantilainen fyysikko J. Thomson löysi elektronin ensimmäisen kerran vuonna 1897. Tämä hiukkanen, kuten tiedemiehet nyt uskovat, on alkeis- tai pisteobjekti. Tämä on atomin subatomisen hiukkasen nimi, jolla ei ole omaa rakennetta - ei koostu muista, pienemmistä komponenteista. Yhdessä protonin ja neutronin kanssa elektroni muodostaa atomin. Nyt tiedemiehet eivät ole vielä selvittäneet, mistä tämä hiukkanen koostuu. Elektroni on hiukkanen, jolla on äärettömän pieni sähkövaraus. Sana "elektroni" käännettynä muinaisesta kreikasta tarkoittaa "meripihkaa" - loppujen lopuksi Hellasin tutkijat käyttivät meripihkaa sähköilmiöiden tutkimiseen. Tämän termin ehdotti brittiläinen fyysikko J. Stoney vuonna 1894.
Miksi opiskella alkuainehiukkasia?
Yksinkertaisin vastaus kysymykseen, miksi tutkijoiden on tiedettävä subatomisista hiukkasista, on: saada tietoa atomin sisäisestä rakenteesta. Tämä lausunto sisältää kuitenkin vain osan totuudesta. ATItse asiassa tiedemiehet eivät tutki vain atomin sisäistä rakennetta - heidän tutkimuksensa pääkenttä on aineen pienimpien hiukkasten törmäys. Kun nämä äärimmäisen energiset hiukkaset törmäävät toisiinsa suurilla nopeuksilla, uusi maailma syntyy kirjaimellisesti, ja törmäysten jälkeen jäljelle jääneet aineen palaset auttavat purkamaan luonnon mysteereitä, jotka ovat aina olleet tiedemiehille mysteerinä.
