Častice, ktoré tvoria atómy, si možno predstaviť rôznymi spôsobmi – napríklad vo forme okrúhlych prachových častíc. Sú také malé, že každé takéto zrnko prachu nemožno posudzovať samostatne. Všetka hmota, ktorá je v okolitom svete, pozostáva z takýchto častíc. Aké častice tvoria atómy?
Definícia
Subatomárna častica je jednou z tých „tehál“, z ktorých je postavený celý svet. Medzi tieto častice patria protóny a neutróny, ktoré sú súčasťou atómových jadier. Do tejto kategórie patria aj elektróny otáčajúce sa okolo jadier. Inými slovami, subatomárne častice vo fyzike sú protóny, neutróny a elektróny. Vo svete, ktorý je človeku známy, sa spravidla nenachádzajú častice iného druhu - žijú nezvyčajne krátko. Keď ich vek skončí, rozpadajú sa na obyčajné častice.
Počet tých subatomárnych častíc, ktoré žijú relatívne krátko, je dnes v stovkách. Ich počet je taký veľký, že vedci pre ne už nepoužívajú zaužívané názvy. Podobne ako hviezdy sa im často priraďujú číselné a abecedné označenia.
Kľúčové funkcie
Spin, elektrický náboj a hmotnosť patria medzi najdôležitejšie charakteristiky akejkoľvek subatomárnej častice. Keďže hmotnosť častice je často spojená s hmotnosťou, niektoré častice sa tradične nazývajú „ťažké“. Einsteinova rovnica (E=mc2) naznačuje, že hmotnosť subatomárnej častice priamo závisí od jej energie a rýchlosti. Čo sa týka elektrického náboja, ten je vždy násobkom základnej jednotky. Napríklad, ak je náboj protónu +1, potom náboj elektrónu je -1. Niektoré subatomárne častice, ako napríklad fotón alebo neutríno, však nemajú vôbec žiadny elektrický náboj.
Dôležitou charakteristikou je aj životnosť častice. Nedávno boli vedci presvedčení, že elektróny, fotóny, ako aj neutrína a protóny sú dokonale stabilné a ich životnosť je takmer nekonečná. Nie je to však celkom pravda. Napríklad neutrón zostáva stabilný len dovtedy, kým sa „neoslobodí“z jadra atómu. Potom je jeho životnosť v priemere 15 minút. Všetky nestabilné častice prechádzajú procesom kvantového rozpadu, ktorý nemožno nikdy úplne predvídať.
Výskum častíc
Atóm bol považovaný za nedeliteľný, kým nebola objavená jeho štruktúra. Asi pred storočím Rutherford uskutočnil svoje slávne experimenty, ktoré spočívali v bombardovaní tenkého plechu prúdom alfa častíc. Ukázalo sa, že atómy hmoty sú prakticky prázdne. A v strede atómu je všetko, čo nazývame jadro atómu - toasi tisíckrát menšie ako samotný atóm. V tom čase vedci verili, že atóm pozostáva z dvoch typov častíc – jadra a elektrónov.
Postupom času majú vedci otázku: prečo sa protón, elektrón a pozitrón držia spolu a nerozpadajú sa rôznymi smermi pod vplyvom Coulombových síl? A tiež pre vedcov tej doby zostalo nejasné: ak sú tieto častice elementárne, potom sa im nemôže nič stať a musia žiť večne.
S rozvojom kvantovej fyziky výskumníci zistili, že neutrón podlieha rozpadu a zároveň pomerne rýchlo. Rozpadá sa na protón, elektrón a niečo iné, čo sa nedalo zachytiť. Ten si všimol nedostatok energie. Potom vedci predpokladali, že zoznam elementárnych častíc je vyčerpaný, ale teraz je známe, že to zďaleka tak nie je. Bola objavená nová častica nazývaná neutríno. Nenesie žiadny elektrický náboj a má extrémne nízku hmotnosť.
Neutrón
Neutrón je subatomárna častica, ktorá má neutrálny elektrický náboj. Jeho hmotnosť je takmer 2000-krát väčšia ako hmotnosť elektrónu. Keďže neutróny patria do triedy neutrálnych častíc, interagujú priamo s jadrami atómov a nie s ich elektrónovými obalmi. Neutróny majú tiež magnetický moment, ktorý umožňuje vedcom skúmať mikroskopickú magnetickú štruktúru hmoty. Neutrónové žiarenie je neškodné aj pre biologické organizmy.
Subatomická častica – protón
Vedci zistili, že tieto„Tehly hmoty“sa skladajú z troch kvarkov. Protón je kladne nabitá častica. Hmotnosť protónu prevyšuje hmotnosť elektrónu 1836-krát. Jeden protón a jeden elektrón sa spoja a vytvoria najjednoduchší chemický prvok, atóm vodíka. Až donedávna sa verilo, že protóny nemôžu meniť svoj polomer v závislosti od toho, ktoré elektróny obiehajú nad nimi. Protón je elektricky nabitá častica. Spojením s elektrónom sa zmení na neutrón.
Elektrón
Elektrón prvýkrát objavil anglický fyzik J. Thomson v roku 1897. Táto častica, ako sa dnes vedci domnievajú, je elementárny alebo bodový objekt. Tak sa nazýva subatomárna častica v atóme, ktorá nemá vlastnú štruktúru – neskladá sa zo žiadnych iných, menších zložiek. V spojení s protónom a neutrónom tvorí elektrón atóm. Teraz vedci ešte neprišli na to, z čoho sa táto častica skladá. Elektrón je častica, ktorá má nekonečne malý elektrický náboj. Samotné slovo "elektrón" v preklade zo starovekej gréčtiny znamená "jantár" - koniec koncov vedci z Hellasu používali jantár na skúmanie javov elektriny. Tento termín navrhol britský fyzik v roku 1894 J. Stoney.
Prečo študovať elementárne častice?
Najjednoduchšia odpoveď na otázku, prečo vedci potrebujú vedieť o subatomárnych časticiach, je: mať informácie o vnútornej štruktúre atómu. Toto tvrdenie však obsahuje len zrnko pravdy. ATVedci v skutočnosti neštudujú len vnútornú štruktúru atómu - hlavnou oblasťou ich výskumu je kolízia najmenších častíc hmoty. Keď sa tieto extrémne energetické častice pri vysokých rýchlostiach navzájom zrazia, doslova sa zrodí nový svet a úlomky hmoty, ktoré zostali po zrážkach, pomáhajú odhaliť tajomstvá prírody, ktoré vždy zostávali pre vedcov záhadou.
