ნაწილაკები, რომლებიც ქმნიან ატომებს, შეიძლება წარმოვიდგინოთ სხვადასხვა გზით - მაგალითად, მრგვალი მტვრის ნაწილაკების სახით. ისინი იმდენად მცირეა, რომ მტვრის თითოეული მარცვალი ცალკე არ შეიძლება განიხილებოდეს. მთელი მატერია, რომელიც არის გარემომცველ სამყაროში, შედგება ასეთი ნაწილაკებისგან. რა ნაწილაკები ქმნიან ატომებს?
განმარტება
სუბატომური ნაწილაკი არის ერთ-ერთი იმ "აგურიდან", საიდანაც აგებულია მთელი მსოფლიო. ეს ნაწილაკები მოიცავს პროტონებს და ნეიტრონებს, რომლებიც ატომის ბირთვების ნაწილია. ბირთვების გარშემო მოძრავი ელექტრონებიც ამ კატეგორიას განეკუთვნებიან. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სუბატომური ნაწილაკები ფიზიკაში არის პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები. ადამიანისთვის ნაცნობ სამყაროში, როგორც წესი, სხვა სახის ნაწილაკები არ გვხვდება - ისინი უჩვეულოდ ხანმოკლე ცხოვრობენ. როდესაც მათი ასაკი მთავრდება, ისინი იშლება ჩვეულებრივ ნაწილაკებად.
იმ სუბატომური ნაწილაკების რიცხვი, რომლებიც შედარებით ხანმოკლე ცხოვრობენ, დღეს ასობით არის. მათი რიცხვი იმდენად დიდია, რომ მეცნიერები მათთვის ჩვეულ სახელებს აღარ იყენებენ. ვარსკვლავების მსგავსად, მათ ხშირად ენიჭებათ რიცხვითი და ანბანური აღნიშვნები.
ძირითადი მახასიათებლები
სპინი, ელექტრული მუხტი და მასა ნებისმიერი სუბატომური ნაწილაკების ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია. ვინაიდან ნაწილაკების წონა ხშირად ასოცირდება მასასთან, ზოგიერთ ნაწილაკს ტრადიციულად უწოდებენ "მძიმე". აინშტაინის განტოლება (E=mc2) მიუთითებს, რომ სუბატომური ნაწილაკების მასა პირდაპირ დამოკიდებულია მის ენერგიასა და სიჩქარეზე. რაც შეეხება ელექტრულ მუხტს, ის ყოველთვის ფუნდამენტური ერთეულის ნამრავლია. მაგალითად, თუ პროტონის მუხტი არის +1, მაშინ ელექტრონის მუხტი არის -1. თუმცა, ზოგიერთ სუბატომურ ნაწილაკს, როგორიცაა ფოტონი ან ნეიტრინო, საერთოდ არ აქვს ელექტრული მუხტი.
ასევე, მნიშვნელოვანი მახასიათებელია ნაწილაკის სიცოცხლის ხანგრძლივობა. ცოტა ხნის წინ, მეცნიერები დარწმუნებულნი არიან, რომ ელექტრონები, ფოტონები, ისევე როგორც ნეიტრინოები და პროტონები იდეალურად სტაბილურია და მათი სიცოცხლე თითქმის უსასრულოა. თუმცა, ეს არ არის მთლად სიმართლე. ნეიტრონი, მაგალითად, სტაბილური რჩება მხოლოდ მანამ, სანამ არ "განთავისუფლდება" ატომის ბირთვიდან. ამის შემდეგ მისი სიცოცხლის ხანგრძლივობა საშუალოდ 15 წუთია. ყველა არასტაბილური ნაწილაკი განიცდის კვანტურ დაშლის პროცესს, რომელიც ვერასოდეს იქნება სრულად პროგნოზირებადი.
ნაწილაკების კვლევა
ატომი განუყოფლად ითვლებოდა, სანამ მისი სტრუქტურა არ იქნა აღმოჩენილი. დაახლოებით ერთი საუკუნის წინ რეზერფორდმა ჩაატარა თავისი ცნობილი ექსპერიმენტი, რომელიც შედგებოდა თხელი ფურცლის დაბომბვაში ალფა ნაწილაკების ნაკადით. აღმოჩნდა, რომ მატერიის ატომები პრაქტიკულად ცარიელია. და ატომის ცენტრში არის ყველაფერი, რასაც ჩვენ ატომის ბირთვს ვუწოდებთ - ისთვით ატომზე დაახლოებით ათასჯერ პატარაა. იმ დროს მეცნიერებს სჯეროდათ, რომ ატომი ორი ტიპის ნაწილაკებისგან შედგებოდა - ბირთვი და ელექტრონები.
დროთა განმავლობაში მეცნიერებს უჩნდებათ კითხვა: რატომ ერწყმის პროტონი, ელექტრონი და პოზიტრონი ერთმანეთს და არ იშლება სხვადასხვა მიმართულებით კულონის ძალების გავლენით? და ასევე იმდროინდელი მეცნიერებისთვის გაურკვეველი დარჩა: თუ ეს ნაწილაკები ელემენტარულია, მაშინ მათ არაფერი დაემართებათ და ისინი სამუდამოდ უნდა იცხოვრონ.
კვანტური ფიზიკის განვითარებით, მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ ნეიტრონი ექვემდებარება დაშლას და ამავე დროს საკმაოდ სწრაფად. ის იშლება პროტონად, ელექტრონად და სხვა რამედ, რომლის დაჭერა შეუძლებელია. ეს უკანასკნელი ენერგიის ნაკლებობამ შენიშნა. მაშინ მეცნიერები ვარაუდობდნენ, რომ ელემენტარული ნაწილაკების სია ამოწურული იყო, მაგრამ ახლა ცნობილია, რომ ეს შორს არის შემთხვევისგან. აღმოაჩინეს ახალი ნაწილაკი, რომელსაც ნეიტრინო ჰქვია. ის არ ატარებს ელექტრო მუხტს და აქვს ძალიან დაბალი მასა.
ნეიტრონი
ნეიტრონი არის სუბატომური ნაწილაკი, რომელსაც აქვს ნეიტრალური ელექტრული მუხტი. მისი მასა თითქმის 2000-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას. ვინაიდან ნეიტრონები მიეკუთვნებიან ნეიტრალური ნაწილაკების კლასს, ისინი უშუალოდ ურთიერთქმედებენ ატომების ბირთვებთან და არა მათ ელექტრონულ გარსებთან. ნეიტრონებს ასევე აქვთ მაგნიტური მომენტი, რომელიც მეცნიერებს საშუალებას აძლევს გამოიკვლიონ მატერიის მიკროსკოპული მაგნიტური სტრუქტურა. ნეიტრონული გამოსხივება უვნებელია ბიოლოგიური ორგანიზმებისთვისაც კი.
სუბატომური ნაწილაკი – პროტონი
მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ეს"მატერიის აგური" შედგება სამი კვარკისგან. პროტონი არის დადებითად დამუხტული ნაწილაკი. პროტონის მასა 1836-ჯერ აღემატება ელექტრონის მასას. ერთი პროტონი და ერთი ელექტრონი გაერთიანდებიან და წარმოქმნიან უმარტივეს ქიმიურ ელემენტს, წყალბადის ატომს. ბოლო დრომდე ითვლებოდა, რომ პროტონებს არ შეუძლიათ შეცვალონ რადიუსი იმის მიხედვით, თუ რომელი ელექტრონები ბრუნავს მათ ზემოთ. პროტონი არის ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკი. ელექტრონთან შეერთებისას ის ნეიტრონად იქცევა.
ელექტრონი
ელექტრონი პირველად აღმოაჩინა ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯ. ტომსონმა 1897 წელს. ეს ნაწილაკი, როგორც ახლა მეცნიერებს მიაჩნიათ, ელემენტარული ან წერტილის ობიექტია. ასე ჰქვია ატომში არსებულ სუბატომურ ნაწილაკს, რომელსაც არ აქვს საკუთარი სტრუქტურა - არ შედგება სხვა, უფრო მცირე კომპონენტებისგან. პროტონთან და ნეიტრონთან შეერთებისას ელექტრონი ქმნის ატომს. ახლა მეცნიერებმა ჯერ ვერ გაარკვიეს, რისგან შედგება ეს ნაწილაკი. ელექტრონი არის ნაწილაკი, რომელსაც აქვს უსასრულოდ მცირე ელექტრული მუხტი. თავად სიტყვა "ელექტრონი" ძველი ბერძნულიდან თარგმანში ნიშნავს "ქარვას" - ბოლოს და ბოლოს, ელადის მეცნიერებმა გამოიყენეს ქარვა ელექტროენერგიის ფენომენების გამოსაკვლევად. ეს ტერმინი შემოგვთავაზა ბრიტანელმა ფიზიკოსმა ჯ. სტოუნიმ 1894 წელს.
რატომ შევისწავლოთ ელემენტარული ნაწილაკები?
უმარტივესი პასუხი კითხვაზე, თუ რატომ უნდა იცოდნენ მეცნიერებმა სუბატომური ნაწილაკების შესახებ, არის: ჰქონდეთ ინფორმაცია ატომის შიდა სტრუქტურის შესახებ. თუმცა, ეს განცხადება მხოლოდ სიმართლის მარცვალს შეიცავს. ATსინამდვილეში, მეცნიერები სწავლობენ არა მხოლოდ ატომის შინაგან სტრუქტურას - მათი კვლევის მთავარი სფერო მატერიის უმცირესი ნაწილაკების შეჯახებაა. როდესაც ეს უკიდურესად ენერგიული ნაწილაკები ერთმანეთს დიდი სიჩქარით ეჯახებიან, ფაქტიურად იბადება ახალი სამყარო და შეჯახების შემდეგ დარჩენილი მატერიის ფრაგმენტები ხელს უწყობს ბუნების საიდუმლოებების ამოხსნას, რომლებიც ყოველთვის საიდუმლოდ რჩებოდა მეცნიერებისთვის.
