ذراتی که اتم ها را می سازند را می توان به روش های مختلفی تصور کرد - برای مثال، به شکل ذرات گرد و غبار. آنها به قدری کوچک هستند که نمی توان هر یک از این دانه های غبار را جداگانه در نظر گرفت. تمام موادی که در جهان اطراف وجود دارد از چنین ذرات تشکیل شده است. ذراتی که اتم ها را می سازند کدامند؟
تعریف
یک ذره زیر اتمی یکی از آن "آجرهایی" است که تمام جهان از آن ساخته شده است. این ذرات شامل پروتون ها و نوترون ها هستند که بخشی از هسته اتم هستند. الکترون هایی که به دور هسته می چرخند نیز به این دسته تعلق دارند. به عبارت دیگر، ذرات زیراتمی در فیزیک پروتون، نوترون و الکترون هستند. در دنیای آشنا برای انسان، به عنوان یک قاعده، ذرات نوع دیگری یافت نمی شوند - آنها به طور غیر معمول کوتاه زندگی می کنند. وقتی سن آنها به پایان می رسد، آنها به ذرات معمولی تجزیه می شوند.
تعداد آن ذرات زیراتمی که عمر نسبتاً کوتاهی دارند، امروزه به صدها نفر رسیده است. تعداد آنها به قدری زیاد است که دانشمندان دیگر از نام های معمول برای آنها استفاده نمی کنند. مانند ستارگان، اغلب به آنها عناوین عددی و الفبایی اختصاص داده می شود.
ویژگی های کلیدی
اسپین، بار الکتریکی و جرم از جمله مهم ترین ویژگی های هر ذره زیر اتمی هستند. از آنجایی که وزن یک ذره اغلب با جرم مرتبط است، برخی از ذرات به طور سنتی "سنگین" نامیده می شوند. معادله انیشتین (E=mc2) نشان می دهد که جرم یک ذره زیر اتمی به طور مستقیم به انرژی و سرعت آن بستگی دارد. در مورد بار الکتریکی، همیشه مضربی از واحد اساسی است. به عنوان مثال، اگر بار یک پروتون +1 باشد، بار یک الکترون -1 است. با این حال، برخی از ذرات زیراتمی، مانند فوتون یا نوترینو، اصلاً بار الکتریکی ندارند.
همچنین یک ویژگی مهم طول عمر ذره است. اخیراً، دانشمندان مطمئن شده اند که الکترون ها، فوتون ها، و همچنین نوترینوها و پروتون ها کاملاً پایدار هستند و طول عمر آنها تقریباً بی نهایت است. با این حال، این کاملا درست نیست. به عنوان مثال، نوترون فقط تا زمانی که از هسته یک اتم "آزاد" شود، پایدار می ماند. پس از آن، عمر آن به طور متوسط 15 دقیقه است. همه ذرات ناپایدار تحت یک فرآیند واپاشی کوانتومی قرار می گیرند که هرگز قابل پیش بینی نیست.
تحقیق ذرات
اتم تا زمانی که ساختار آن کشف شد غیرقابل تقسیم در نظر گرفته می شد. حدود یک قرن پیش، رادرفورد آزمایشات معروف خود را انجام داد، که شامل بمباران یک صفحه نازک با جریانی از ذرات آلفا بود. معلوم شد که اتم های ماده عملا خالی هستند. و در مرکز اتم تمام چیزی است که ما آن را هسته اتم می نامیم - آنحدود هزار بار کوچکتر از خود اتم. در آن زمان، دانشمندان بر این باور بودند که اتم از دو نوع ذره تشکیل شده است - هسته و الکترون.
با گذشت زمان، دانشمندان یک سوال دارند: چرا پروتون، الکترون و پوزیترون به هم می چسبند و تحت تأثیر نیروهای کولن در جهات مختلف تجزیه نمی شوند؟ و همچنین برای دانشمندان آن زمان نامشخص بود: اگر این ذرات ابتدایی باشند، پس هیچ اتفاقی برای آنها نمی افتد و آنها باید برای همیشه زندگی کنند.
با توسعه فیزیک کوانتومی، محققان دریافتند که نوترون در معرض فروپاشی و در عین حال بسیار سریع است. تبدیل به یک پروتون، یک الکترون و چیز دیگری می شود که نمی توان آن را گرفت. دومی با کمبود انرژی مورد توجه قرار گرفت. سپس دانشمندان فرض کردند که فهرست ذرات بنیادی تمام شده است، اما اکنون مشخص شده است که این موضوع بسیار دور از واقعیت است. ذره جدیدی به نام نوترینو کشف شده است. این حامل بار الکتریکی نیست و جرم بسیار کمی دارد.
نوترون
نوترون یک ذره زیر اتمی است که بار الکتریکی خنثی دارد. جرم آن تقریبا 2000 برابر جرم یک الکترون است. از آنجایی که نوترون ها به کلاس ذرات خنثی تعلق دارند، مستقیماً با هسته اتم ها تعامل دارند و نه با لایه های الکترونی آنها. نوترون ها همچنین دارای یک گشتاور مغناطیسی هستند که به دانشمندان اجازه می دهد تا ساختار مغناطیسی میکروسکوپی ماده را کشف کنند. تشعشعات نوترونی حتی برای موجودات بیولوژیکی بی ضرر است.
ذره زیر اتمی – پروتون
دانشمندان دریافته اند که اینها"آجرهای ماده" از سه کوارک تشکیل شده اند. پروتون یک ذره با بار مثبت است. جرم پروتون 1836 برابر از جرم الکترون بیشتر است. یک پروتون و یک الکترون با هم ترکیب می شوند و ساده ترین عنصر شیمیایی یعنی اتم هیدروژن را تشکیل می دهند. تا همین اواخر، اعتقاد بر این بود که پروتون ها نمی توانند شعاع خود را بسته به اینکه کدام الکترون در بالای آنها می چرخند تغییر دهند. پروتون یک ذره باردار الکتریکی است. با اتصال به یک الکترون، به نوترون تبدیل می شود.
الکترون
الکترون اولین بار توسط فیزیکدان انگلیسی جی. تامسون در سال 1897 کشف شد. این ذره، همانطور که اکنون دانشمندان معتقدند، یک جسم ابتدایی یا نقطه ای است. این نام یک ذره زیر اتمی در یک اتم است که ساختار خاص خود را ندارد - از هیچ جزء کوچکتر دیگری تشکیل نشده است. در اتحاد با یک پروتون و یک نوترون، یک الکترون یک اتم را تشکیل می دهد. اکنون دانشمندان هنوز متوجه نشده اند که این ذره از چه چیزی تشکیل شده است. الکترون ذره ای است که دارای بار الکتریکی بی نهایت کوچک است. خود کلمه "الکترون" در ترجمه از یونانی باستان به معنای "کهربا" است - از این گذشته ، دانشمندان هلاس از کهربا برای بررسی پدیده های الکتریسیته استفاده کردند. این اصطلاح توسط فیزیکدان بریتانیایی در سال 1894، جی. استونی پیشنهاد شد.
چرا ذرات بنیادی را مطالعه کنیم؟
ساده ترین پاسخ به این سوال که چرا دانشمندان باید در مورد ذرات زیراتمی بدانند این است: داشتن اطلاعاتی در مورد ساختار داخلی اتم. با این حال، این بیانیه تنها حاوی ذره ای از حقیقت است. ATدر واقع، دانشمندان نه تنها ساختار داخلی اتم را مطالعه می کنند - میدان اصلی تحقیقات آنها برخورد کوچکترین ذرات ماده است. هنگامی که این ذرات بسیار پرانرژی با سرعت زیاد با یکدیگر برخورد می کنند، دنیای جدیدی به معنای واقعی کلمه متولد می شود و تکه های ماده باقی مانده پس از برخورد به کشف اسرار طبیعت کمک می کند که همیشه برای دانشمندان یک راز باقی مانده است.
