Τι είναι ένα υποατομικό σωματίδιο;

Τα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται τα άτομα μπορούν να είναιφανταστείτε με διαφορετικούς τρόπους - για παράδειγμα, με τη μορφή κυκλικών σωματιδίων σκόνης. Είναι τόσο μικρά ώστε κάθε τέτοιο στίγμα δεν μπορεί να θεωρηθεί χωριστά. Όλη η ουσία που βρίσκεται στον περιβάλλοντα κόσμο αποτελείται από τέτοια σωματίδια. Ποια είναι τα σωματίδια που σχηματίζουν τα άτομα;

Ορισμός

Το υποατομικό σωματίδιο είναι ένα από αυτά"Τούβλα", από τα οποία χτίζεται ολόκληρος ο κόσμος που περιβάλλει. Αυτά τα σωματίδια περιλαμβάνουν πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία είναι μέρος των ατομικών πυρήνων. Τα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τους πυρήνες ανήκουν επίσης σε αυτήν την κατηγορία. Με άλλα λόγια, τα υποατομικά σωματίδια στη φυσική είναι πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Κατά κανόνα, σε έναν κόσμο που είναι συνηθισμένο για ένα άτομο, δεν εμφανίζονται σωματίδια διαφορετικού είδους - ζουν ελάχιστα. Όταν τελειώσει ο αιώνας τους, συμβαίνει η αποσύνθεσή τους σε συνηθισμένα σωματίδια.

Ο αριθμός αυτών των υποατομικών σωματιδίων πουζουν σχετικά σύντομα, σήμερα μετράει στις εκατοντάδες. Ο αριθμός τους είναι τόσο μεγάλος που οι επιστήμονες δεν χρησιμοποιούν πλέον τα συνήθη ονόματα για τον ορισμό τους. Όπως και τα αστέρια, τους αποδίδονται συχνά αριθμητικοί και αλφαβητικοί προσδιορισμοί.

Κύρια χαρακτηριστικά

Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του καθενόςΤα υποατομικά σωματίδια περιλαμβάνουν περιστροφή, ηλεκτρικό φορτίο και επίσης μάζα. Δεδομένου ότι συχνά το βάρος του σωματιδίου αποδεικνύεται ότι σχετίζεται με τη μάζα, μερικά από τα σωματίδια παραδοσιακά ονομάζονται "βαριά". Η εξίσωση που προέκυψε από τον Αϊνστάιν (E = mc2) δείχνει ότι η μάζα του υποατομικού σωματιδίου εξαρτάται άμεσα από την ενέργεια και την ταχύτητα. Όσο για το ηλεκτρικό φορτίο, είναι πάντα ένα πολλαπλάσιο της βασικής μονάδας. Για παράδειγμα, εάν η φόρτιση πρωτονίων είναι +1, τότε το φορτίο ηλεκτρονίων είναι -1. Ωστόσο, μερικά από τα υποατομικά σωματίδια, για παράδειγμα ένα φωτόνιο ή ένα νετρίνο, δεν έχουν καθόλου ηλεκτρικό φορτίο.

Επίσης 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 απολύτως σταθερά και η διάρκεια ζωής τους είναι σχεδόν άπειρη. Ωστόσο, αυτό δεν είναι απολύτως αληθές. Το νετρόνιο, για παράδειγμα, παραμένει σταθερό μόνο μέχρι να «απελευθερωθεί» από τον πυρήνα του ατόμου. Μετά από αυτό, ο χρόνος ζωής του είναι κατά μέσο όρο 15 λεπτά. Όλα τα ασταθή σωματίδια υφίστανται τη διαδικασία της κβαντικής αποσύνθεσης, η οποία δεν μπορεί ποτέ να είναι πλήρως προβλέψιμη.

Μελέτη σωματιδίων

Το άτομο θεωρήθηκε αδιαίρετο - μέχριη δομή της ανακαλύφθηκε. Περίπου πριν από έναν αιώνα, ο Ράδερφορντ παρήγαγε τα διάσημα πειράματα του, τα οποία συνίσταντο στον βομβαρδισμό ενός λεπτού φύλλου με ένα ρεύμα σωματιδίων άλφα. Αποδείχθηκε ότι τα άτομα της ύλης είναι σχεδόν κενά. Και στο κέντρο του ατόμου είναι ό, τι καλούμε πυρήνα του ατόμου - είναι περίπου χίλιες φορές μικρότερο από το ίδιο το άτομο. Εκείνη την εποχή, οι επιστήμονες πίστευαν ότι το άτομο αποτελείται από δύο τύπους σωματιδίων - τον πυρήνα και τα ηλεκτρόνια.

Με την πάροδο του χρόνου, οι επιστήμονες έχουν μια ερώτηση: Γιατί το πρωτόνιο, το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο κολλάνε μαζί και δεν αποσυντίθενται σε διαφορετικές κατευθύνσεις υπό την επίδραση των δυνάμεων του Coulomb; Και επίσης για τους επιστήμονες εκείνης της περιόδου παρέμεινε ασαφής: αν αυτά τα σωματίδια είναι στοιχειώδη, τίποτα δεν μπορεί να συμβεί σε αυτά, και πρέπει να ζήσουν για πάντα.

Με την ανάπτυξη της κβαντικής φυσικής, ερευνητέςέχουν βρει ότι το νετρόνιο υπόκειται σε φθορά και έτσι αρκετά γρήγορα. Καταλήγει σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και κάτι άλλο που ήταν αδύνατο να πιάσει. Το τελευταίο παρατηρήθηκε από την έλλειψη ενέργειας. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες υποθέτουν ότι ο κατάλογος των στοιχειωδών σωματιδίων ήταν εξαντλημένος, αλλά τώρα είναι γνωστό ότι αυτό απέχει πολύ από την περίπτωση. Ένα νέο σωματίδιο που ονομάζεται νετρίνο ανακαλύφθηκε. Δεν φέρει ηλεκτρικό φορτίο και έχει εξαιρετικά χαμηλή μάζα.

Neutron

Το νετρόνιο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο που κατέχειουδέτερο ηλεκτρικό φορτίο. Η μάζα του είναι περίπου 2.000 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα ενός ηλεκτρονίου. Δεδομένου ότι τα νετρόνια ανήκουν στην κατηγορία των ουδέτερων σωματιδίων, αλληλεπιδρούν άμεσα με τους πυρήνες των ατόμων, και όχι με τα ηλεκτρονικά τους κοχύλια. Τα νετρόνια έχουν επίσης μια μαγνητική στιγμή, η οποία επιτρέπει στους επιστήμονες να διερευνήσουν τη μικροσκοπική μαγνητική δομή της ύλης. Η ακτινοβολία των νετρονίων είναι αβλαβής ακόμη και για τους βιολογικούς οργανισμούς.

Υποατομικό σωματίδιο - πρωτόνιο

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι αυτά τα "τούβλα της ύλης"αποτελείται από τρία κουάρκ. Το πρωτόνιο είναι ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο. Η μάζα του πρωτονίου υπερβαίνει τη μάζα των ηλεκτρονίων κατά 1836 φορές. Ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, που συνδέουν, σχηματίζουν το απλούστερο χημικό στοιχείο - ένα άτομο υδρογόνου. Μέχρι πρόσφατα, πιστεύεται ότι τα πρωτόνια δεν μπορούν να αλλάξουν την ακτίνα τους, ανάλογα με τα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται πάνω τους. Το πρωτόνιο είναι ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σωματίδιο. Συνδέοντας με ένα ηλεκτρόνιο, μετατρέπεται σε νετρόνιο.

Electron

Το ηλεκτρόνιο ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από έναν Αγγλό φυσικόJ. Thomson το 1897. Αυτό το σωματίδιο, όπως πιστεύουν τώρα οι επιστήμονες, είναι ένα στοιχειώδες ή σημείο αντικείμενο. 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 τι αποτελείται αυτό το σωματίδιο. Ένα ηλεκτρόνιο είναι ένα σωματίδιο που έχει ένα απείρως μικρό ηλεκτρικό φορτίο. Η ίδια η λέξη «ηλεκτρονίων» σε μετάφραση από τα αρχαία ελληνικά σημαίνει «κεχριμπάρι» - τελικά ήταν κεχριμπαρένιο που οι επιστήμονες της Ελλάδας χρησιμοποίησαν για να ερευνήσουν τα φαινόμενα της ηλεκτρικής ενέργειας. Ο όρος αυτός προτάθηκε από τον βρετανό φυσικό το 1894 J. Stoney.

Γιατί πρέπει να μελετήσουμε στοιχειώδη σωματίδια;

Η απλούστερη απάντηση στο ερώτημα γιατί ο επιστήμοναςαπαιτεί τη γνώση σχετικά με τα υποατομικά σωματίδια, είναι: να έχουν πληροφορίες για την εσωτερική δομή του ατόμου. Ωστόσο, η δήλωση αυτή περιέχει μια δόση αλήθειας. Στην πραγματικότητα, οι επιστήμονες μελετούν όχι μόνο την εσωτερική δομή του ατόμου - το κύριο πεδίο της έρευνας είναι η σύγκρουση των λεπτών σωματιδίων της ύλης. Όταν τα σωματίδια αυτά με την τεράστια ενέργεια, συγκρούονται μεταξύ τους σε υψηλές ταχύτητες, με την κυριολεκτική έννοια της λέξης, υπάρχει μια γέννηση ενός νέου κόσμου, και τα θραύσματα της ύλης που απομένει μετά τη σύγκρουση, βοηθώντας να αποκαλύψουν τα μυστικά της φύσης, ήταν πάντα ένα μυστήριο για τους επιστήμονες.

</ p>>