Delce, ki sestavljajo atome, si lahko predstavljamo na različne načine – na primer v obliki okroglih prašnih delcev. Tako majhne so, da vsakega takega zrna prahu ni mogoče obravnavati posebej. Vsa snov, ki je v okoliškem svetu, je sestavljena iz takšnih delcev. Kateri so delci, ki sestavljajo atome?
Definicija
Subatomski delec je ena tistih "opek", iz katerih je zgrajen ves svet. Ti delci vključujejo protone in nevtrone, ki so del atomskih jeder. V to kategorijo spadajo tudi elektroni, ki se vrtijo okoli jeder. Z drugimi besedami, subatomski delci v fiziki so protoni, nevtroni in elektroni. V svetu, ki ga pozna človek, praviloma ne najdemo delcev druge vrste - živijo nenavadno kratko. Ko se njihova starost konča, se razpadejo na navadne delce.
Število tistih subatomskih delcev, ki živijo relativno kratko, je danes na stotine. Njihovo število je tako veliko, da znanstveniki zanje ne uporabljajo več običajnih imen. Podobno kot zvezdam so pogosto dodeljene številčne in abecedne oznake.
Ključne funkcije
Spin, električni naboj in masa so med najpomembnejšimi značilnostmi katerega koli subatomskega delca. Ker je teža delca pogosto povezana z maso, se nekateri delci tradicionalno imenujejo "težki". Einsteinova enačba (E=mc2) kaže, da je masa subatomskega delca neposredno odvisna od njegove energije in hitrosti. Kar zadeva električni naboj, je vedno večkratnik osnovne enote. Na primer, če je naboj protona +1, potem je naboj elektrona -1. Vendar pa nekateri subatomski delci, kot sta foton ali nevtrino, sploh nimajo električnega naboja.
Pomembna značilnost je tudi življenjska doba delca. V zadnjem času so znanstveniki prepričani, da so elektroni, fotoni, pa tudi nevtrini in protoni popolnoma stabilni, njihova življenjska doba pa je skoraj neskončna. Vendar to ni čisto res. Nevtron, na primer, ostane stabilen le, dokler se ne »osvobodi« iz jedra atoma. Po tem je njegova življenjska doba v povprečju 15 minut. Vsi nestabilni delci so podvrženi procesu kvantnega razpada, ki ga nikoli ni mogoče popolnoma predvidljivo predvideti.
Raziskave delcev
Atom je veljal za nedeljivega, dokler ni bila odkrita njegova struktura. Pred približno stoletjem je Rutherford izvedel svoje slavne poskuse, ki so obsegali bombardiranje tanke pločevine s tokom alfa delcev. Izkazalo se je, da so atomi snovi praktično prazni. In v središču atoma je vse, čemur pravimo jedro atoma – topribližno tisočkrat manjši od samega atoma. Takrat so znanstveniki verjeli, da je atom sestavljen iz dveh vrst delcev - jedra in elektronov.
Sčasoma se znanstveniki zastavljajo vprašanje: zakaj se proton, elektron in pozitron držijo skupaj in se pod vplivom Coulombovih sil ne razpadejo v različnih smereh? In tudi za takratne znanstvenike je ostalo nejasno: če so ti delci elementarni, se jim ne more nič zgoditi in morajo živeti večno.
Z razvojem kvantne fizike so raziskovalci ugotovili, da je nevtron podvržen razpadanju, hkrati pa precej hitro. Razpade v proton, elektron in nekaj drugega, česar ni bilo mogoče ujeti. Slednje je opazilo pomanjkanje energije. Potem so znanstveniki domnevali, da je seznam elementarnih delcev izčrpan, zdaj pa je znano, da to še zdaleč ni tako. Odkrili so nov delec, imenovan nevtrino. Ne nosi električnega naboja in ima izjemno nizko maso.
Neutron
Nevtron je subatomski delec, ki ima nevtralen električni naboj. Njegova masa je skoraj 2000-krat večja od mase elektrona. Ker nevtroni spadajo v razred nevtralnih delcev, delujejo neposredno z jedri atomov in ne z njihovimi elektronskimi lupinami. Nevtroni imajo tudi magnetni moment, ki znanstvenikom omogoča raziskovanje mikroskopske magnetne strukture snovi. Nevtronsko sevanje je neškodljivo tudi za biološke organizme.
Subatomski delec – proton
Znanstveniki so ugotovili, da te"Kocke snovi" so sestavljeni iz treh kvarkov. Proton je pozitivno nabit delec. Masa protona presega maso elektrona za 1836-krat. En proton in en elektron se združita, da tvorita najpreprostejši kemični element, atom vodika. Do nedavnega je veljalo, da protoni ne morejo spremeniti svojega polmera, odvisno od tega, kateri elektroni krožijo nad njimi. Proton je električno nabit delec. Ko se poveže z elektronom, se spremeni v nevtron.
Electron
Elektron je prvi odkril angleški fizik J. Thomson leta 1897. Ta delec je, kot zdaj verjamejo znanstveniki, elementarni ali točkovni objekt. Tako se imenuje subatomski delec v atomu, ki nima lastne strukture – ni sestavljen iz nobenih drugih, manjših komponent. V združitvi s protonom in nevtronom elektron tvori atom. Zdaj znanstveniki še niso ugotovili, iz česa je sestavljen ta delec. Elektron je delec, ki ima neskončno majhen električni naboj. Sama beseda "elektron" v prevodu iz starogrščine pomeni "jantar" - navsezadnje so znanstveniki Hellas uporabljali jantar za raziskovanje pojavov elektrike. Ta izraz je leta 1894 predlagal britanski fizik J. Stoney.
Zakaj preučevati osnovne delce?
Najenostavnejši odgovor na vprašanje, zakaj morajo znanstveniki vedeti o subatomskih delcih, je: imeti informacije o notranji strukturi atoma. Vendar ta izjava vsebuje le zrno resnice. ATPravzaprav znanstveniki ne preučujejo le notranje strukture atoma - glavno področje njihovih raziskav je trčenje najmanjših delcev snovi. Ko ti izjemno energični delci trčijo med seboj pri velikih hitrostih, se dobesedno rodi nov svet in drobci materije, ki ostanejo po trkih, pomagajo razvozlati skrivnosti narave, ki so znanstvenikom vedno ostale skrivnost.
