Az atomokat alkotó részecskéket többféleképpen is elképzelhetjük – például kerek porszemcsék formájában. Olyan kicsik, hogy minden ilyen porszemet nem lehet külön-külön figyelembe venni. Minden anyag, ami a környező világban van, ilyen részecskékből áll. Mely részecskék alkotják az atomokat?
Definíció
A szubatomi részecske egyike azon "tégláknak", amelyekből az egész világ épül. Ezek a részecskék protonokat és neutronokat tartalmaznak, amelyek az atommagok részét képezik. Ebbe a kategóriába tartoznak az atommagok körül keringő elektronok is. Más szavakkal, a szubatomi részecskék a fizikában protonok, neutronok és elektronok. Az ember számára ismerős világban általában nem találhatók másfajta részecskék - szokatlanul rövid ideig élnek. Amikor koruk lejár, közönséges részecskékre bomlanak.
Azoknak a szubatomi részecskéknek a száma, amelyek viszonylag rövid ideig élnek, ma több százra tehető. Számuk olyan nagy, hogy a tudósok már nem a szokásos elnevezéseket használják rájuk. A csillagokhoz hasonlóan gyakran numerikus és alfabetikus jelöléseket kapnak.
Főbb jellemzők
A pörgés, az elektromos töltés és a tömeg minden szubatomi részecske legfontosabb jellemzői. Mivel a részecskék tömege gyakran a tömeghez kapcsolódik, egyes részecskéket hagyományosan "nehéznek" nevezik. Az Einstein-egyenlet (E=mc2) azt jelzi, hogy egy szubatomi részecske tömege közvetlenül függ az energiájától és sebességétől. Ami az elektromos töltést illeti, az mindig az alapegység többszöröse. Például, ha egy proton töltése +1, akkor egy elektroné -1. Néhány szubatomi részecskének, például a fotonnak vagy a neutrínónak azonban egyáltalán nincs elektromos töltése.
Egy fontos jellemző a részecske élettartama is. Újabban a tudósok biztosak abban, hogy az elektronok, fotonok, valamint a neutrínók és protonok tökéletesen stabilak, élettartamuk pedig szinte végtelen. Ez azonban nem egészen igaz. A neutron például csak addig marad stabil, amíg "ki nem szabadul" az atommagból. Ezt követően átlagosan 15 perc az élettartama. Minden instabil részecske kvantumbomlási folyamaton megy keresztül, amely soha nem lehet teljesen megjósolható.
Részecskekutatás
Az atomot oszthatatlannak tekintették, amíg fel nem fedezték szerkezetét. Körülbelül egy évszázaddal ezelőtt Rutherford elvégezte híres kísérleteit, amelyek abból álltak, hogy egy vékony lapot bombáztak alfa-részecskék áramlásával. Kiderült, hogy az anyag atomjai gyakorlatilag üresek. És az atom közepén van minden, amit az atommagnak nevezünk – ezkörülbelül ezerszer kisebb, mint maga az atom. Abban az időben a tudósok úgy gondolták, hogy az atom kétféle részecskéből áll - az atommagból és az elektronokból.
Idővel a tudósoknak felvetődik a kérdés: miért tapad össze a proton, az elektron és a pozitron, és miért nem törik szét különböző irányokba a Coulomb-erők hatására? És az akkori tudósok számára is tisztázatlan maradt: ha ezek a részecskék elemiek, akkor semmi sem történhet velük, és örökké élniük kell.
A kvantumfizika fejlődésével a kutatók azt találták, hogy a neutron bomlásnak van kitéve, ugyanakkor meglehetősen gyorsan. Protonná, elektronná és valami mássá bomlik, amit nem lehetett elkapni. Ez utóbbit az energiahiány vette észre. Akkor a tudósok azt feltételezték, hogy az elemi részecskék listája kimerült, de most már tudjuk, hogy ez messze nem így van. Új részecskét fedeztek fel, a neutrínót. Nem hordoz elektromos töltést, és rendkívül alacsony tömege van.
Neutron
A neutron egy szubatomi részecske, amely semleges elektromos töltéssel rendelkezik. Tömege majdnem 2000-szerese az elektron tömegének. Mivel a neutronok a semleges részecskék osztályába tartoznak, közvetlenül az atommagokkal lépnek kölcsönhatásba, nem pedig az elektronhéjukkal. A neutronoknak van egy mágneses momentuma is, amely lehetővé teszi a tudósok számára az anyag mikroszkopikus mágneses szerkezetének feltárását. A neutronsugárzás még a biológiai szervezetekre is ártalmatlan.
Szubatomi részecske – proton
A tudósok azt találták, hogy ezekAz "anyag téglák" három kvarkból állnak. A proton egy pozitív töltésű részecske. A proton tömege 1836-szor haladja meg az elektron tömegét. Egy proton és egy elektron együtt alkotja a legegyszerűbb kémiai elemet, a hidrogénatomot. Egészen a közelmúltig azt hitték, hogy a protonok nem tudják megváltoztatni a sugarukat attól függően, hogy mely elektronok keringenek felettük. A proton egy elektromosan töltött részecske. Egy elektronhoz kapcsolódva neutronná alakul.
Electron
Az elektront először J. Thomson angol fizikus fedezte fel 1897-ben. Ez a részecske, amint azt a tudósok most hiszik, egy elemi vagy pontszerű objektum. Ez a neve egy atomban lévő szubatomi részecskének, amelynek nincs saját szerkezete - nem áll más, kisebb komponensekből. A protonnal és a neutronnal egyesülve az elektron atomot alkot. A tudósok még nem találták ki, miből áll ez a részecske. Az elektron olyan részecske, amely végtelenül kicsi elektromos töltéssel rendelkezik. Az „elektron” szó az ókori görög fordításban „borostyánt” jelent – végül is Hellas tudósai borostyánt használtak az elektromosság jelenségeinek vizsgálatára. Ezt a kifejezést a brit fizikus, J. Stoney javasolta 1894-ben.
Miért tanulmányozzuk az elemi részecskéket?
A legegyszerűbb válasz arra a kérdésre, hogy miért kell a tudósoknak tudniuk a szubatomi részecskéket, a következő: információval rendelkezni az atom belső szerkezetéről. Ez a kijelentés azonban csak egy szemernyi igazságot tartalmaz. NÁL NÉLValójában a tudósok nem csak az atom belső szerkezetét tanulmányozzák – kutatásaik fő területe a legkisebb anyagrészecskék ütközése. Amikor ezek a rendkívül energikus részecskék nagy sebességgel ütköznek egymással, szó szerint egy új világ születik, és az ütközések után megmaradt anyagdarabkák segítenek megfejteni a természet titkait, amelyek mindig is rejtélyek maradtak a tudósok számára.
