Aatomeid moodustavaid osakesi võib ette kujutada erinev alt – näiteks ümarate tolmuosakeste kujul. Need on nii väikesed, et iga sellist tolmutera ei saa eraldi käsitleda. Kogu ümbritsevas maailmas olev aine koosneb sellistest osakestest. Millised osakesed moodustavad aatomeid?
Definitsioon
Subatomiline osake on üks neist "tellistest", millest on ehitatud kogu maailm. Nende osakeste hulka kuuluvad prootonid ja neutronid, mis on osa aatomituumadest. Sellesse kategooriasse kuuluvad ka ümber tuumade tiirlevad elektronid. Teisisõnu, subatomaarsed osakesed on füüsikas prootonid, neutronid ja elektronid. Inimesele tuttavas maailmas reeglina teist tüüpi osakesi ei leidu - nad elavad ebatavaliselt lühikest aega. Kui nende vanus lõpeb, lagunevad nad tavalisteks osakesteks.
Nende subatomiliste osakeste arv, mis elavad suhteliselt lühikest aega, ulatub täna sadadesse. Nende arv on nii suur, et teadlased ei kasuta nende jaoks enam tavalisi nimetusi. Sarnaselt tähtedele omistatakse neile sageli numbrilised ja tähestikulised tähised.
Põhifunktsioonid
Pöörlemine, elektrilaeng ja mass on iga subatomaarse osakese kõige olulisemad omadused. Kuna osakese kaal on sageli seotud massiga, nimetatakse mõnda osakest traditsiooniliselt "rasketeks". Einsteini võrrand (E=mc2) näitab, et subatomilise osakese mass sõltub otseselt selle energiast ja kiirusest. Mis puudutab elektrilaengut, siis see on alati põhiühiku kordne. Näiteks kui prootoni laeng on +1, siis elektroni laeng on -1. Mõnedel subatomaarsetel osakestel, nagu footon või neutriino, pole aga üldse elektrilaengut.
Samuti on oluline omadus osakese eluiga. Viimasel ajal on teadlased veendunud, et elektronid, footonid, aga ka neutriinod ja prootonid on täiesti stabiilsed ning nende eluiga on peaaegu lõpmatu. See pole aga päris tõsi. Näiteks neutron püsib stabiilsena ainult seni, kuni ta "vabaneb" aatomi tuumast. Pärast seda on selle eluiga keskmiselt 15 minutit. Kõik ebastabiilsed osakesed läbivad kvantlagunemisprotsessi, mida ei saa kunagi täielikult ennustada.
Osakeste uurimine
Aatomit peeti jagamatuks kuni selle struktuuri avastamiseni. Umbes sajand tagasi tegi Rutherford oma kuulsad katsed, mis seisnesid õhukese lehe pommitamises alfaosakeste vooluga. Selgus, et aine aatomid on praktiliselt tühjad. Ja aatomi keskmes on kõik see, mida me nimetame aatomi tuumaks – seeumbes tuhat korda väiksem kui aatom ise. Sel ajal uskusid teadlased, et aatom koosneb kahte tüüpi osakestest – tuumast ja elektronidest.
Aja jooksul tekib teadlastel küsimus: miks prooton, elektron ja positron kleepuvad kokku ega lagune Coulombi jõudude mõjul eri suundades? Ja ka tolleaegsetele teadlastele jäi selgusetuks: kui need osakesed on elementaarsed, siis ei saa nendega midagi juhtuda ja nad peavad elama igavesti.
Kvantfüüsika arenguga on teadlased leidnud, et neutron laguneb ja samal ajal üsna kiiresti. See laguneb prootoniks, elektroniks ja millekski muuks, mida ei saanud kinni püüda. Viimast märkas energiapuudus. Siis eeldasid teadlased, et elementaarosakeste loend on ammendatud, kuid nüüd on teada, et see pole kaugeltki nii. Avastati uus osake, mida nimetatakse neutriinoks. Sellel puudub elektrilaeng ja see on äärmiselt väikese massiga.
Neutron
Neutron on subatomiline osake, millel on neutraalne elektrilaeng. Selle mass on peaaegu 2000 korda suurem kui elektroni mass. Kuna neutronid kuuluvad neutraalsete osakeste klassi, interakteeruvad nad otseselt aatomite tuumadega, mitte nende elektronkestadega. Neutronitel on ka magnetmoment, mis võimaldab teadlastel uurida aine mikroskoopilist magnetstruktuuri. Neutronkiirgus on kahjutu isegi bioloogilistele organismidele.
Subatomiline osake – prooton
Teadlased on leidnud, et need"Aine tellised" koosnevad kolmest kvargist. Prooton on positiivselt laetud osake. Prootoni mass ületab elektroni massi 1836 korda. Üks prooton ja üks elektron moodustavad koos kõige lihtsama keemilise elemendi, vesinikuaatomi. Kuni viimase ajani arvati, et prootonid ei saa muuta oma raadiust olenev alt sellest, millised elektronid nende kohal tiirlevad. Prooton on elektriliselt laetud osake. Ühendades elektroniga, muutub see neutroniks.
Electron
Elektroni avastas esmakordselt inglise füüsik J. Thomson 1897. aastal. Nagu teadlased praegu usuvad, on see osake elementaar- või punktobjekt. Nii nimetatakse subatomaarset osakest aatomis, millel puudub oma struktuur – ei koosne muudest väiksematest komponentidest. Ühenduses prootoni ja neutroniga moodustab elektron aatomi. Nüüd pole teadlased veel aru saanud, millest see osake koosneb. Elektron on osake, millel on lõpmata väike elektrilaeng. Sõna "elektron" tähendab vanakreeka keelest tõlkes "merevaiku" - lõppude lõpuks kasutasid Hellase teadlased merevaiku elektri nähtuste uurimiseks. Selle termini pakkus 1894. aastal välja Briti füüsik J. Stoney.
Miks uurida elementaarosakesi?
Lihtsaim vastus küsimusele, miks teadlased peavad teadma subatomilistest osakestest, on: omada teavet aatomi sisestruktuuri kohta. See väide sisaldab aga vaid terake tõtt. ATTegelikult ei uuri teadlased mitte ainult aatomi sisemist struktuuri – nende uurimistöö peamine valdkond on aine väikseimate osakeste kokkupõrge. Kui need ülim alt energilised osakesed üksteisega suurel kiirusel kokku põrkuvad, sünnib sõna otseses mõttes uus maailm ja pärast kokkupõrkeid järele jäänud mateeria killud aitavad lahti harutada looduse saladusi, mis on teadlastele alati saladuseks jäänud.
