Hiukkaset, jotka muodostavat atomeja, voivatKuvittele eri tavoin - esimerkiksi pyöreinä pölypisteinä. Ne ovat niin pieniä, että on mahdotonta tarkastella kutakin tällaista pölypilkkua erikseen. Kaikki ympäristössä oleva aine koostuu sellaisista hiukkasista. Mitkä ovat hiukkaset, jotka muodostavat atomit?
Subatominen hiukkanen on yksi niistä"Tiilet", joista koko maailma on rakennettu. Nämä hiukkaset sisältävät protoneja ja neutroneja, jotka ovat osa atomiytimiä. Myös tähän luokkaan kuuluvat ytimien ympäri pyörivät elektronit. Toisin sanoen fysiikan subatomiset hiukkaset ovat protoneja, neutroneja ja elektroneja. Ihmisille tutussa maailmassa ei yleensä löydy erilaista hiukkasia - ne elävät erittäin vähän. Kun heidän vuosisadansa päättyy, ne hajoavat tavallisiksi hiukkasiksi.
Niiden subatomisten hiukkasten lukumäärä, jotkaelää suhteellisen lyhytaikaisesti, tänään satojen joukossa. Heidän lukumääränsä on niin suuri, että tutkijat eivät enää käytä tavanomaisia nimiä niiden kuvaamiseen. Kuten tähdet, niille annetaan usein numeerisia ja kirjaimellisia merkintöjä.
Yhden tärkeimmistä ominaisuuksistasubatomiset hiukkaset sisältävät kehruun, sähkövarauksen ja myös massan. Koska hiukkasen paino on usein suhteessa massaan, joitain hiukkasia kutsutaan perinteisesti ”raskaiksi”. Einsteinin johdettu yhtälö (E = mc2) osoittaa, että alaatomisen hiukkasen massa riippuu suoraan sen energiasta ja nopeudesta. Mitä sähkövaraukseen tulee, se on aina perusyksikön monikerta. Esimerkiksi, jos protonin varaus on +1, niin elektronivaraus on -1. Joillakin subatomisista hiukkasista, esimerkiksi fotonista tai neutriinosta, ei kuitenkaan ole lainkaan sähkövarausta.
Tärkeä ominaisuus on myös elinaika.hiukkasia. Viime aikoina tutkijat olivat vakuuttuneita siitä, että elektronit, fotonit sekä neutriinot ja protonit ovat täysin vakaita ja niiden elinikä on melkein loputon. Tämä ei kuitenkaan ole täysin totta. Esimerkiksi neutroni pysyy vakaana vain, kunnes se "vapautuu" atomin ytimestä. Sen jälkeen hänen elämänsä on keskimäärin 15 minuuttia. Kaikki epästabiilit hiukkaset käyvät läpi kvanttihajoamisen prosessin, jota ei voi koskaan olla täysin ennustettavissa.
Atomia pidettiin jakamattomana - astisen rakenne löydettiin. Noin vuosisata sitten Rutherford teki kuuluisat kokeilunsa, jotka koostuivat pommittamalla ohut levy alfahiukkasvirralla. Kävi ilmi, että aineen atomit ovat melkein tyhjät. Ja atomin keskellä on kaikki mitä me kutsumme atomin ytimeksi - se on noin tuhat kertaa pienempi kuin itse atomi. Tuolloin tutkijat uskoivat, että atomi koostuu kahdentyyppisistä hiukkasista - ytimestä ja elektroneista.
Ajan myötä tutkijoilla on kysymys:miksi protoni, elektronit ja positronit tarttuvat toisiinsa eivätkä hajoa eri suuntiin Coulomb-voimien vaikutuksesta? Ja myös tuon ajan tutkijoille oli epäselvää: jos nämä hiukkaset ovat alkuaineita, niin heille ei voi tapahtua mitään, ja heidän täytyy elää ikuisesti.
Kvantfysiikan kehittyessä tutkijathavaitsi, että neutroni altistuu rappeutumiselle ja samalla melko nopeasti. Se hajoaa protoniksi, elektroniksi ja jollekin muulle, jota ei voitu vangita. Viimeksi mainittu huomasi energian puute. Sitten tutkijat olettivat, että alkuainehiukkasten luettelo oli käytetty loppuun, mutta nyt tiedetään, että tämä on kaukana asiasta. Löydettiin uusi hiukkas, nimeltään neutriino. Siinä ei ole mitään sähkövarausta ja sen massa on erittäin pieni.
Neutroni on subatominen hiukkanen, jolla onneutraali sähkövaraus. Sen massa on melkein 2 tuhatta kertaa elektronin massa. Koska neutronit kuuluvat neutraalien hiukkasten luokkaan, ne ovat vuorovaikutuksessa suoraan atomien ytimien kanssa, ei niiden elektronikuorien kanssa. Neutronilla on myös magneettinen momentti, jonka avulla tutkijat voivat tutkia aineen mikroskooppista magneettista rakennetta. Neutronisäteily on vaaratonta jopa biologisille organismeille.
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 yhdistettynä yksinkertaisimman kemiallisen elementin - vetyatomin. Viime aikoihin asti uskottiin, että protonit eivät voi muuttaa sädeään riippuen siitä, mitkä elektronit pyörivät niiden yläpuolella. Protoni on sähköisesti varautunut hiukkanen. Yhdistettynä elektroniin, se muuttuu neutroniksi.
Englantilainen fyysikko löysi elektroni ensinJ. Thomson vuonna 1897. Tämä partikkeli, kuten tutkijat nyt katsovat, on alku- tai pistekohde. Tämä on atomin alaatomisen hiukkasen nimi, jolla ei ole omaa rakennetta - joka ei koostu muista pienemmistä komponenteista. Protonin ja neutronin kanssa elektroni muodostaa atomin. Nyt tutkijat eivät ole vielä selvittäneet, mistä tämä hiukkanen koostuu. Elektroni on hiukkanen, jolla on äärettömän pieni sähkövaraus. Aivan sana "elektron" muinaiskreikkalaisessa käännöksessä tarkoittaa "meripihkaa" - loppujen lopuksi Hellasin tutkijat käyttivät meripihkaa kellan tutkimaan sähkön ilmiöitä. Brittiläinen fyysikko ehdotti tätä termiä vuonna 1894 J. Stoney.
Yksinkertaisin vastaus kysymykseen miksi tutkijattietoa subatomisista hiukkasista tarvitaan, se kuulostaa tältä: saada tietoa atomin sisäisestä rakenteesta. Tällainen lausunto sisältää kuitenkin vain murto-osan totuudesta. Itse asiassa tutkijat tutkivat paitsi atomin sisäistä rakennetta - tutkimuksensa pääkenttä on aineen pienimpien hiukkasten törmäys. Kun nämä hiukkaset, joilla on valtava energia, törmäävät keskenään suurilla nopeuksilla, syntyy kirjaimellisesti uusi maailma, ja törmäysten jälkeen jäljelle jääneet ainepalaset auttavat paljastamaan luonnon salaisuuksia, jotka ovat aina pysyneet salaisuutena tutkijoille.
