Атомдарды құрайтын бөлшектерді әртүрлі тәсілдермен елестетуге болады - мысалы, дөңгелек шаң бөлшектері түрінде. Олар соншалықты кішкентай, әрбір мұндай шаң түйірін бөлек қарастыруға болмайды. Айналадағы дүниедегі барлық материя осындай бөлшектерден тұрады. Атомдарды құрайтын бөлшектер қандай?
Анықтама
Субатомдық бөлшек - бүкіл әлем салынған «кірпіштердің» бірі. Бұл бөлшектерге атом ядроларының бөлігі болып табылатын протондар мен нейтрондар жатады. Ядролардың айналасында айналатын электрондар да осы категорияға жатады. Басқаша айтқанда, физикадағы субатомдық бөлшектер протондар, нейтрондар және электрондар болып табылады. Адамға таныс әлемде, әдетте, басқа түрдегі бөлшектер табылмайды - олар әдеттен тыс қысқа өмір сүреді. Жасы біткен кезде олар қарапайым бөлшектерге ыдырайды.
Салыстырмалы түрде қысқа өмір сүретін субатомдық бөлшектердің саны бүгінде жүздеген. Олардың саны соншалық, ғалымдар олар үшін әдеттегі атауларды қолданбайды. Жұлдыздар сияқты оларға жиі сандық және алфавиттік белгілер тағайындалады.
Негізгі мүмкіндіктер
Спин, электр заряды және масса кез келген субатомдық бөлшектердің ең маңызды сипаттамаларының бірі болып табылады. Бөлшектердің салмағы көбінесе массамен байланысты болғандықтан, кейбір бөлшектер дәстүрлі түрде «ауыр» деп аталады. Эйнштейн теңдеуі (E=mc2) субатомдық бөлшектің массасы оның энергиясы мен жылдамдығына тікелей тәуелді екенін көрсетеді. Электр зарядына келетін болсақ, ол әрқашан негізгі бірлікке еселік болады. Мысалы, протонның заряды +1 болса, электронның заряды -1. Дегенмен, фотон немесе нейтрино сияқты кейбір субатомдық бөлшектердің электр заряды мүлдем жоқ.
Сонымен қатар маңызды сипаттама - бөлшектің өмір сүру ұзақтығы. Жақында ғалымдар электрондар, фотондар, сондай-ақ нейтринолар мен протондар өте тұрақты және олардың өмір сүру ұзақтығы дерлік шексіз екеніне сенімді болды. Алайда, бұл мүлдем дұрыс емес. Нейтрон, мысалы, атом ядросынан «босатылғанға» дейін ғана тұрақты болады. Осыдан кейін оның қызмет ету уақыты орта есеппен 15 минутты құрайды. Барлық тұрақсыз бөлшектер ешқашан толық болжау мүмкін емес кванттық ыдырау процесінен өтеді.
Бөлшектерді зерттеу
Атом құрылымы ашылғанға дейін бөлінбейтін болып саналды. Шамамен бір ғасыр бұрын Резерфорд альфа бөлшектерінің ағынымен жұқа парақты бомбалаудан тұратын өзінің әйгілі эксперименттерін жасады. Заттың атомдары іс жүзінде бос екені белгілі болды. Ал атомның ортасында біз атомның ядросы деп атайтынның бәрі - олатомның өзінен шамамен мың есе аз. Ол кезде ғалымдар атом екі түрлі бөлшектерден – ядро мен электрондардан тұрады деп есептеген.
Уақыт өте келе ғалымдарда сұрақ туындайды: неге протон, электрон және позитрон бір-біріне жабысып, кулондық күштердің әсерінен әртүрлі бағытта ыдырамайды? Сондай-ақ сол кездегі ғалымдар үшін бұл түсініксіз болып қалды: егер бұл бөлшектер элементар болса, онда олармен ештеңе болмайды және олар мәңгі өмір сүруі керек.
Кванттық физиканың дамуымен зерттеушілер нейтронның ыдырауға ұшырайтынын және сонымен бірге өте жылдам екенін анықтады. Ол протонға, электронға және ұсталмайтын басқа нәрсеге ыдырайды. Соңғысы энергияның жетіспеушілігінен байқалды. Содан кейін ғалымдар қарапайым бөлшектердің тізімі таусылды деп болжады, бірақ қазір бұл жағдайдан алыс екені белгілі. Нейтрино деп аталатын жаңа бөлшек табылды. Ол электр зарядын көтермейді және өте төмен массаға ие.
Нейтрон
Нейтрон - бейтарап электр заряды бар субатомдық бөлшек. Оның массасы электронның массасынан 2000 есе дерлік. Нейтрондар бейтарап бөлшектер класына жататындықтан, олардың электронды қабықшаларымен емес, атомдардың ядроларымен тікелей әрекеттеседі. Нейтрондардың ғалымдарға материяның микроскопиялық магниттік құрылымын зерттеуге мүмкіндік беретін магниттік моменті де бар. Нейтрондық сәулелену тіпті биологиялық организмдерге де зиянсыз.
Субатомдық бөлшек – протон
Ғалымдар бұларды анықтады«Заттың кірпіштері» үш кварктан тұрады. Протон оң зарядталған бөлшек. Протонның массасы электронның массасынан 1836 есе артық. Бір протон мен бір электрон бірігіп, ең қарапайым химиялық элемент сутегі атомын құрайды. Соңғы уақытқа дейін протондар өздерінің радиусын олардың үстінде қандай электрондардың айналуына байланысты өзгерте алмайды деп есептелді. Протон - электрлік зарядталған бөлшек. Электронмен байланысқан ол нейтронға айналады.
Электрон
Электронды алғаш рет 1897 жылы ағылшын физигі Дж. Томсон ашқан. Бұл бөлшек, қазір ғалымдардың пікірінше, элементар немесе нүктелік нысан. Бұл атомдағы өз құрылымы жоқ – басқа, кішірек құрамдас бөліктерден тұрмайтын субатомдық бөлшектің атауы. Протонмен және нейтронмен қосылатын электрон атомды құрайды. Қазір ғалымдар бұл бөлшектің неден тұратынын әлі анықтаған жоқ. Электрон дегеніміз шексіз аз электр заряды бар бөлшек. Ежелгі грек тілінен аударғанда «электрон» сөзінің өзі «янтарь» дегенді білдіреді, өйткені Эллада ғалымдары электр тоғының құбылыстарын зерттеу үшін янтарьды пайдаланды. Бұл терминді 1894 жылы британдық физик Дж. Стоуни ұсынған.
Неге элементар бөлшектерді зерттеу керек?
Ғалымдар субатомдық бөлшектер туралы неліктен білуі керек деген сұраққа ең қарапайым жауап: атомның ішкі құрылысы туралы ақпаратқа ие болу. Алайда бұл мәлімдемеде шындықтың бір түйірі ғана бар. ATШындығында, ғалымдар атомның ішкі құрылымын ғана зерттемейді - олардың зерттеуінің негізгі саласы материяның ең кішкентай бөлшектерінің соқтығысуы болып табылады. Бұл өте қуатты бөлшектер бір-бірімен жоғары жылдамдықпен соқтығысқанда, сөзбе-сөз жаңа әлем пайда болады және соқтығысудан кейін қалған материяның фрагменттері ғалымдар үшін әрқашан жұмбақ болып келген табиғат жұмбақтарын ашуға көмектеседі.
