Daļiņas, kas veido atomus, var iztēloties dažādi – piemēram, apaļu putekļu daļiņu veidā. Tie ir tik mazi, ka katru šādu putekļu graudiņu nevar aplūkot atsevišķi. Visa matērija, kas atrodas apkārtējā pasaulē, sastāv no šādām daļiņām. Kādas ir daļiņas, kas veido atomus?
Definīcija
Subatomiskā daļiņa ir viens no tiem "ķieģeļiem", no kuriem tiek būvēta visa pasaule. Šīs daļiņas ietver protonus un neitronus, kas ir daļa no atomu kodoliem. Pie šīs kategorijas pieder arī elektroni, kas griežas ap kodoliem. Citiem vārdiem sakot, subatomiskās daļiņas fizikā ir protoni, neitroni un elektroni. Cilvēkam pazīstamajā pasaulē cita veida daļiņas parasti nav atrodamas - tās dzīvo neparasti īsi. Kad viņu vecums beidzas, tie sadalās parastās daļiņās.
To subatomisko daļiņu skaits, kuru dzīves ilgums ir salīdzinoši īss, šodien ir simtos. To skaits ir tik liels, ka zinātnieki vairs neizmanto tiem ierastos nosaukumus. Tāpat kā zvaigznēm, tām bieži tiek piešķirti ciparu un alfabēta apzīmējumi.
Galvenās funkcijas
Viršanās, elektriskais lādiņš un masa ir vienas no svarīgākajām jebkuras subatomiskās daļiņas īpašībām. Tā kā daļiņas svars bieži tiek saistīts ar masu, dažas daļiņas tradicionāli sauc par "smagajām". Einšteina vienādojums (E=mc2) norāda, ka subatomiskās daļiņas masa ir tieši atkarīga no tās enerģijas un ātruma. Kas attiecas uz elektrisko lādiņu, tas vienmēr ir pamatvienības daudzkārtnis. Piemēram, ja protona lādiņš ir +1, tad elektrona lādiņš ir -1. Tomēr dažām subatomiskajām daļiņām, piemēram, fotonam vai neitrīnam, vispār nav elektriskā lādiņa.
Svarīgs raksturlielums ir arī daļiņas kalpošanas laiks. Pavisam nesen zinātnieki ir pārliecinājušies, ka elektroni, fotoni, kā arī neitrīni un protoni ir pilnīgi stabili un to mūžs ir gandrīz bezgalīgs. Tomēr tā nav gluži taisnība. Piemēram, neitrons paliek stabils tikai līdz brīdim, kad tas tiek "atbrīvots" no atoma kodola. Pēc tam tā kalpošanas laiks ir vidēji 15 minūtes. Visas nestabilās daļiņas tiek pakļautas kvantu sabrukšanas procesam, ko nekad nevar pilnībā paredzēt.
Daļiņu izpēte
Atoms tika uzskatīts par nedalāmu, līdz tika atklāta tā struktūra. Apmēram pirms gadsimta Raterfords veica savus slavenos eksperimentus, kas sastāvēja no plānas loksnes bombardēšanas ar alfa daļiņu plūsmu. Izrādījās, ka matērijas atomi ir praktiski tukši. Un atoma centrā ir viss, ko mēs saucam par atoma kodolu – tasapmēram tūkstoš reižu mazāks par pašu atomu. Tolaik zinātnieki uzskatīja, ka atoms sastāv no divu veidu daļiņām – kodola un elektroniem.
Ar laiku zinātniekiem rodas jautājums: kāpēc Kulona spēku ietekmē protons, elektrons un pozitrons turas kopā un nesadalās dažādos virzienos? Un arī tā laika zinātniekiem palika neskaidrs: ja šīs daļiņas ir elementāras, tad ar tām nekas nevar notikt, un tām jādzīvo mūžīgi.
Attīstoties kvantu fizikai, pētnieki ir atklājuši, ka neitroni ir pakļauti sabrukšanai un tajā pašā laikā diezgan ātri. Tas sadalās par protonu, elektronu un kaut ko citu, ko nevarēja noķert. Pēdējo pamanīja enerģijas trūkums. Tad zinātnieki pieņēma, ka elementārdaļiņu saraksts ir izsmelts, taču tagad zināms, ka tas nebūt nav tā. Ir atklāta jauna daļiņa, ko sauc par neitrīno. Tam nav elektriskā lādiņa, un tam ir ārkārtīgi maza masa.
Neitrons
Neitrons ir subatomiska daļiņa, kurai ir neitrāls elektriskais lādiņš. Tā masa ir gandrīz 2000 reižu lielāka par elektrona masu. Tā kā neitroni pieder neitrālu daļiņu klasei, tie mijiedarbojas tieši ar atomu kodoliem, nevis ar to elektronu apvalkiem. Neitroniem ir arī magnētiskais moments, kas ļauj zinātniekiem izpētīt vielas mikroskopisko magnētisko struktūru. Neitronu starojums ir nekaitīgs pat bioloģiskiem organismiem.
Subatomiskā daļiņa – protons
Zinātnieki ir atklājuši, ka šie"Matērijas ķieģeļus" veido trīs kvarki. Protons ir pozitīvi lādēta daļiņa. Protona masa pārsniedz elektrona masu 1836 reizes. Viens protons un viens elektrons apvienojas, veidojot vienkāršāko ķīmisko elementu - ūdeņraža atomu. Vēl nesen tika uzskatīts, ka protoni nevar mainīt savu rādiusu atkarībā no tā, kuri elektroni riņķo virs tiem. Protons ir elektriski lādēta daļiņa. Savienojot ar elektronu, tas pārvēršas par neitronu.
Electron
Pirmo reizi elektronu atklāja angļu fiziķis Dž. Tomsons 1897. gadā. Šī daļiņa, kā tagad uzskata zinātnieki, ir elementārs jeb punktveida objekts. Tā sauc subatomisku daļiņu atomā, kurai nav savas struktūras – nesastāv no citām, mazākām sastāvdaļām. Savienībā ar protonu un neitronu elektrons veido atomu. Tagad zinātnieki vēl nav sapratuši, no kā sastāv šī daļiņa. Elektrons ir daļiņa, kurai ir bezgalīgi mazs elektriskais lādiņš. Pats vārds "elektrons" tulkojumā no sengrieķu valodas nozīmē "dzintars" - galu galā Hellas zinātnieki izmantoja dzintaru, lai pētītu elektrības parādības. Šo terminu 1894. gadā ierosināja britu fiziķis Dž. Stounijs.
Kāpēc mācīties elementārdaļiņas?
Vienkāršākā atbilde uz jautājumu, kāpēc zinātniekiem ir jāzina par subatomiskām daļiņām, ir: iegūt informāciju par atoma iekšējo struktūru. Tomēr šis apgalvojums satur tikai patiesības graudu. ATFaktiski zinātnieki pēta ne tikai atoma iekšējo uzbūvi – galvenais viņu pētījumu lauks ir matērijas mazāko daļiņu sadursme. Kad šīs ārkārtīgi enerģiskās daļiņas lielā ātrumā saduras viena ar otru, burtiski dzimst jauna pasaule, un pēc sadursmēm palikušie matērijas fragmenti palīdz atšķetināt dabas noslēpumus, kas zinātniekiem vienmēr ir palikuši noslēpumi.
