Частиците, които изграждат атомите, могат да се представят по различни начини – например под формата на кръгли прахови частици. Те са толкова малки, че всяко такова зрънце прах не може да се разглежда отделно. Цялата материя в околния свят се състои от такива частици. Кои са частиците, които изграждат атомите?
Определение
Субатомната частица е една от онези "тухли", от които е изграден целият свят. Тези частици включват протони и неутрони, които са част от атомните ядра. Към тази категория принадлежат и електроните, въртящи се около ядрата. С други думи, субатомните частици във физиката са протони, неутрони и електрони. В света, познат на човека, като правило, частици от друг вид не се срещат - те живеят необичайно кратко. Когато възрастта им свърши, те се разпадат на обикновени частици.
Броят на тези субатомни частици, които живеят сравнително кратко, днес е в стотици. Техният брой е толкова голям, че учените вече не използват обичайните имена за тях. Подобно на звездите, често им се приписват цифрови и азбучни обозначения.
Основни характеристики
Спин, електрически заряд и маса са сред най-важните характеристики на всяка субатомна частица. Тъй като теглото на една частица често се свързва с масата, някои от частиците традиционно се наричат "тежки". Уравнението на Айнщайн (E=mc2) показва, че масата на субатомната частица директно зависи от нейната енергия и скорост. Що се отнася до електрическия заряд, той винаги е кратен на основната единица. Например, ако зарядът на протон е +1, тогава зарядът на електрона е -1. Въпреки това, някои от субатомните частици, като фотон или неутрино, изобщо нямат електрически заряд.
Също така, важна характеристика е животът на частицата. Съвсем наскоро учените бяха уверени, че електроните, фотоните, както и неутрино и протони са идеално стабилни и животът им е почти безкраен. Това обаче не е съвсем вярно. Неутронът, например, остава стабилен само докато не бъде "освободен" от ядрото на атома. След това животът му е средно 15 минути. Всички нестабилни частици преминават през процес на квантов разпад, който никога не може да бъде напълно предвидим.
Изследване на частици
Атомът се смяташе за неделим, докато структурата му не беше открита. Преди около век Ръдърфорд прави своите известни експерименти, които се състоят в бомбардиране на тънък лист с поток от алфа частици. Оказа се, че атомите на материята са практически празни. И в центъра на атома е всичко, което наричаме ядро на атома – тооколо хиляда пъти по-малък от самия атом. По това време учените вярваха, че атомът се състои от два вида частици - ядрото и електроните.
С течение на времето учените имат въпрос: защо протонът, електронът и позитронът се слепват и не се разпадат в различни посоки под въздействието на кулоновите сили? А също и за учените от онова време остава неясно: ако тези частици са елементарни, тогава нищо не може да им се случи и те трябва да живеят вечно.
С развитието на квантовата физика изследователите откриха, че неутронът е подложен на разпад и в същото време доста бърз. Разпада се на протон, електрон и нещо друго, което не може да бъде уловено. Последното беше забелязано от липсата на енергия. Тогава учените предположиха, че списъкът с елементарни частици е изчерпан, но сега е известно, че това далеч не е така. Открита е нова частица, наречена неутрино. Той не носи електрически заряд и има изключително ниска маса.
Неутрон
Неутронът е субатомна частица, която има неутрален електрически заряд. Масата му е почти 2000 пъти по-голяма от масата на електрона. Тъй като неутроните принадлежат към класа на неутралните частици, те взаимодействат директно с ядрата на атомите, а не с техните електронни обвивки. Неутроните също имат магнитен момент, който позволява на учените да изследват микроскопичната магнитна структура на материята. Неутронното лъчение е безвредно дори за биологичните организми.
Субатомна частица – протон
Учените са открили, че тези„Тухлите от материя“са съставени от три кварка. Протонът е положително заредена частица. Масата на протона надвишава масата на електрона с 1836 пъти. Един протон и един електрон се комбинират, за да образуват най-простия химичен елемент, водородния атом. Доскоро се смяташе, че протоните не могат да променят радиуса си в зависимост от това кои електрони орбитират над тях. Протонът е електрически заредена частица. Свързвайки се с електрон, той се превръща в неутрон.
Електрон
Електронът е открит за първи път от английския физик Дж. Томсън през 1897 г. Тази частица, както смятат учените сега, е елементарен или точков обект. Това е името на субатомна частица в атом, която няма собствена структура - не се състои от никакви други, по-малки компоненти. В съюз с протон и неутрон, електронът образува атом. Сега учените все още не са разбрали от какво се състои тази частица. Електронът е частица, която има безкрайно малък електрически заряд. Самата дума "електрон" в превод от древногръцки означава "кехлибар" - в края на краищата учените от Елада са използвали кехлибар, за да изследват явленията на електричеството. Този термин е предложен от британския физик през 1894 г. Дж. Стоуни.
Защо да изучаваме елементарни частици?
Най-простият отговор на въпроса защо учените трябва да знаят за субатомните частици е: да имат информация за вътрешната структура на атома. Това твърдение обаче съдържа само зрънце истина. ATВсъщност учените изучават не само вътрешната структура на атома – основното поле на тяхното изследване е сблъсъкът на най-малките частици материя. Когато тези изключително енергични частици се сблъскват една с друга при високи скорости, буквално се ражда нов свят и фрагментите от материята, останали след сблъсъците, помагат да се разгадаят мистериите на природата, които винаги са оставали загадка за учените.
