Le particelle che compongono gli atomi possono essere immaginate in diversi modi, ad esempio sotto forma di particelle di polvere rotonde. Sono così piccoli che ciascuno di questi granelli di polvere non può essere considerato separatamente. Tutta la materia che è nel mondo circostante è costituita da tali particelle. Quali sono le particelle che compongono gli atomi?
Definizione
Una particella subatomica è uno di quei "mattoni" da cui è costruito il mondo intero. Queste particelle includono protoni e neutroni, che fanno parte dei nuclei atomici. Appartengono a questa categoria anche gli elettroni che ruotano attorno ai nuclei. In altre parole, le particelle subatomiche in fisica sono protoni, neutroni ed elettroni. Nel mondo familiare all'uomo, di regola, non si trovano particelle di altro tipo: vivono insolitamente brevi. Quando la loro età finisce, decadono in particelle ordinarie.
Il numero di quelle particelle subatomiche che vivono relativamente poco, oggi è di centinaia. Il loro numero è così grande che gli scienziati non usano più i soliti nomi per loro. Come le stelle, spesso vengono assegnate designazioni numeriche e alfabetiche.
Caratteristiche principali
Spin, carica elettrica e massa sono tra le caratteristiche più importanti di qualsiasi particella subatomica. Poiché il peso di una particella è spesso associato alla massa, alcune particelle sono tradizionalmente chiamate "pesanti". L'equazione di Einstein (E=mc2) indica che la massa di una particella subatomica dipende direttamente dalla sua energia e velocità. Quanto alla carica elettrica, è sempre un multiplo dell'unità fondamentale. Ad esempio, se la carica di un protone è +1, la carica di un elettrone è -1. Tuttavia, alcune delle particelle subatomiche, come il fotone o il neutrino, non hanno alcuna carica elettrica.
Inoltre, una caratteristica importante è la durata della particella. Più recentemente, gli scienziati sono stati convinti che elettroni, fotoni, così come neutrini e protoni siano perfettamente stabili e la loro vita sia quasi infinita. Tuttavia, questo non è del tutto vero. Il neutrone, ad esempio, rimane stabile solo fino a quando non viene "liberato" dal nucleo di un atomo. Dopodiché, la sua durata è in media di 15 minuti. Tutte le particelle instabili subiscono un processo di decadimento quantistico che non può mai essere completamente prevedibile.
Ricerca sulle particelle
L'atomo era considerato indivisibile fino a quando non fu scoperta la sua struttura. Circa un secolo fa, Rutherford fece i suoi famosi esperimenti, che consistevano nel bombardare un foglio sottile con un flusso di particelle alfa. Si è scoperto che gli atomi della materia sono praticamente vuoti. E al centro dell'atomo c'è tutto ciò che chiamiamo nucleo dell'atomo: essocirca mille volte più piccolo dell'atomo stesso. A quel tempo, gli scienziati credevano che l'atomo fosse costituito da due tipi di particelle: il nucleo e gli elettroni.
Nel tempo, gli scienziati hanno una domanda: perché il protone, l'elettrone e il positrone si uniscono e non si rompono in direzioni diverse sotto l'influenza delle forze di Coulomb? E anche per gli scienziati dell'epoca non era chiaro: se queste particelle sono elementari, non può succedere loro nulla e devono vivere per sempre.
Con lo sviluppo della fisica quantistica, i ricercatori hanno scoperto che il neutrone è soggetto a decadimento e allo stesso tempo abbastanza veloce. Decade in un protone, un elettrone e qualcos' altro che non può essere catturato. Quest'ultimo è stato notato dalla mancanza di energia. Quindi gli scienziati presumevano che l'elenco delle particelle elementari fosse esaurito, ma ora è noto che questo è tutt' altro che vero. È stata scoperta una nuova particella chiamata neutrino. Non ha carica elettrica e ha una massa estremamente bassa.
Neutrone
Il neutrone è una particella subatomica che ha una carica elettrica neutra. La sua massa è quasi 2000 volte la massa di un elettrone. Poiché i neutroni appartengono alla classe delle particelle neutre, interagiscono direttamente con i nuclei degli atomi e non con i loro gusci di elettroni. I neutroni hanno anche un momento magnetico che consente agli scienziati di esplorare la struttura magnetica microscopica della materia. La radiazione di neutroni è innocua anche per gli organismi biologici.
Particella subatomica – protone
Gli scienziati hanno scoperto che questiI "mattoni di materia" sono formati da tre quark. Il protone è una particella carica positivamente. La massa del protone supera la massa dell'elettrone di 1836 volte. Un protone e un elettrone si combinano per formare l'elemento chimico più semplice, l'atomo di idrogeno. Fino a poco tempo, si credeva che i protoni non potessero cambiare il loro raggio a seconda di quali elettroni orbitano sopra di loro. Un protone è una particella elettricamente carica. Collegandosi con un elettrone, si trasforma in un neutrone.
Elettrone
L'elettrone fu scoperto per la prima volta dal fisico inglese J. Thomson nel 1897. Questa particella, come ora credono gli scienziati, è un oggetto elementare o puntiforme. Questo è il nome di una particella subatomica in un atomo, che non ha una propria struttura, non consiste in altri componenti più piccoli. In unione con un protone e un neutrone, un elettrone forma un atomo. Ora gli scienziati non hanno ancora capito in cosa consiste questa particella. Un elettrone è una particella che ha una carica elettrica infinitesimale. La stessa parola "elettrone" nella traduzione dal greco antico significa "ambra" - dopotutto, gli scienziati dell'Hellas hanno usato l'ambra per studiare i fenomeni dell'elettricità. Questo termine fu proposto dal fisico britannico nel 1894, J. Stoney.
Perché studiare le particelle elementari?
La risposta più semplice alla domanda sul perché gli scienziati devono conoscere le particelle subatomiche è: avere informazioni sulla struttura interna dell'atomo. Tuttavia, questa affermazione contiene solo un granello di verità. AIn effetti, gli scienziati non studiano solo la struttura interna dell'atomo: il campo principale della loro ricerca è la collisione delle più piccole particelle di materia. Quando queste particelle estremamente energetiche si scontrano tra loro ad alta velocità, nasce letteralmente un nuovo mondo e i frammenti di materia lasciati dopo le collisioni aiutano a svelare i misteri della natura che sono sempre rimasti un mistero per gli scienziati.
