Aatom on keemilise elemendi väikseim osake, mis säilitab kõik selle keemilised omadused. Aatom koosneb positiivse elektrilaenguga tuumast ja negatiivselt laetud elektronidest. Mis tahes keemilise elemendi tuuma laeng võrdub Z korrutisega e-ga, kus Z on antud elemendi järgarv keemiliste elementide perioodilisustabelis ja e on elementaarelektrilaengu väärtus.
elektron on väikseim aineosake negatiivse elektrilaenguga e = 1,6 · 10 -19 kulon, võetuna elementaarelektrilaenguna. Tuuma ümber pöörlevad elektronid paiknevad elektronkihtidel K, L, M jne. K on tuumale lähim kest. Aatomi suuruse määrab selle elektronkihi suurus. Aatom võib kaotada elektrone ja muutuda positiivseks iooniks või siduda elektrone ja muutuda negatiivseks iooniks. Iooni laeng määrab kadunud või kinnitunud elektronide arvu. Neutraalse aatomi muundamise protsessi laetud iooniks nimetatakse ionisatsiooniks.
Aatomituum(aatomi keskosa) koosneb elementaarsetest tuumaosakestest – prootonitest ja neutronitest. Tuuma raadius on umbes sada tuhat korda väiksem kui aatomi raadius. Aatomituuma tihedus on äärmiselt kõrge. Prootonid- Need on stabiilsed elementaarosakesed, millel on üks positiivne elektrilaeng ja mille mass on 1836 korda suurem kui elektroni mass. Prooton on kõige kergema elemendi, vesiniku tuum. Prootonite arv tuumas on Z. Neutron on neutraalne (ilma elektrilaenguta) elementaarosake, mille mass on väga lähedane prootoni massile. Kuna tuuma mass on prootonite ja neutronite masside summa, on neutronite arv aatomi tuumas võrdne A - Z, kus A on antud isotoobi massiarv (vt.). Prootoneid ja neutroneid, mis moodustavad tuuma, nimetatakse nukleoniteks. Tuumas on nukleonid seotud spetsiaalsete tuumajõududega.
Aatomituum sisaldab tohutul hulgal energiat, mis vabaneb tuumareaktsioonide käigus. Tuumareaktsioonid tekivad siis, kui aatomituumad interakteeruvad elementaarosakeste või teiste elementide tuumadega. Tuumareaktsioonide tulemusena tekivad uued tuumad. Näiteks neutron võib muutuda prootoniks. Sel juhul paiskub tuumast välja beetaosake, st elektron.
Üleminek prootoni tuumas neutroniks saab toimuda kahel viisil: kas elektroni massiga, kuid positiivse laenguga osake, mida nimetatakse positroniks (positroni lagunemine), emiteeritakse tuum ehk tuum haarab kinni ühe lähimast K-kestast elektronidest (K - püüdmine).
Mõnikord on moodustunud tuumal energia ülejääk (see on ergastatud olekus) ja normaalsesse olekusse minnes vabastab see liigse energia väga lühikese lainepikkusega elektromagnetilise kiirguse kujul. Tuumareaktsioonide käigus vabanevat energiat kasutatakse praktiliselt erinevates tööstusharudes.
Aatom (kreeka keeles atomos – jagamatu) on keemilise elemendi väikseim osake, millel on oma keemilised omadused. Iga element koosneb teatud tüüpi aatomitest. Aatomi koostis sisaldab positiivset elektrilaengut kandev tuum ja negatiivselt laetud elektronid (vt), mis moodustavad selle elektronkihi. Tuuma elektrilaengu suurus on Ze, kus e on elementaarne elektrilaeng, mille suurus on võrdne elektroni laenguga (4,8 · 10 -10 el. Ühikut) ja Z on antud elemendi aatomnumber keemiliste elementide perioodiline süsteem (vt .). Kuna ioniseerimata aatom on neutraalne, on selles sisalduvate elektronide arv samuti võrdne Z-ga. Tuuma koostis (vt Nucleus atomic) sisaldab nukleone, elementaarosakesi, mille mass on ligikaudu 1840 korda suurem kui elektroni mass (võrdne kuni 9,1 10 - 28 g), positiivselt laetud prootonid (vt) ja laenguta neutronid (vt). Nukleonide arvu tuumas nimetatakse massiarvuks ja seda tähistatakse tähega A. Prootonite arv tuumas, mis võrdub Z-ga, määrab aatomisse sisenevate elektronide arvu, elektronkestade struktuuri ja kemikaali. aatomi omadused. Neutronite arv tuumas on võrdne A-Z. Isotoobid on ühe ja sama elemendi sordid, mille aatomid erinevad üksteisest massiarvult A, kuid neil on sama Z. Seega on ühe elemendi erinevate isotoopide aatomite tuumades erinev arv ühesuguseid neutroneid. prootonite arv. Isotoopide tähistamisel kirjutatakse massiarv A elemendi sümboli kohale ja aatomnumber alla; Näiteks hapniku isotoobid on tähistatud: 
Aatomi mõõtmed määratakse elektronkihtide suuruse järgi ja Z on kõigi jaoks suurusjärgus 10 -8 cm. Kuna aatomi kõigi elektronide mass on mitu tuhat korda väiksem tuuma massist, siis aatomi mass on võrdeline massiarvuga. Antud isotoobi aatomi suhteline mass määratakse süsiniku isotoobi C 12 aatomi massi suhtes, võttes 12 ühikut, ja seda nimetatakse isotoobi massiks. Selgub, et see on lähedane vastava isotoobi massinumbrile. Keemilise elemendi aatomi suhteline kaal on isotoobi massi keskmine (arvestades antud elemendi isotoopide suhtelist arvukust) väärtus ja seda nimetatakse aatommassiks.
Aatom on mikroskoopiline süsteem, mille ehitust ja omadusi saab selgitada vaid peamiselt 20. sajandi 20ndatel loodud kvantteooria abil, mis on mõeldud kirjeldama aatomiskaala nähtusi. Katsed on näidanud, et mikroosakestel – elektronidel, prootonitel, aatomitel jne, peale korpuskulaarsete, on lainelised omadused, mis avalduvad difraktsioonis ja interferentsis. Kvantteoorias kasutatakse mikroobjektide oleku kirjeldamiseks teatud lainevälja, mida iseloomustab lainefunktsioon (Ψ-funktsioon). See funktsioon määrab ära mikroobjekti võimalike olekute tõenäosused, see tähendab, et see iseloomustab selle ühe või teise omaduse avaldumise potentsiaali. Funktsiooni Ψ ruumis ja ajas varieerumisseadus (Schrödingeri võrrand), mis võimaldab seda funktsiooni leida, mängib kvantteoorias sama rolli nagu Newtoni liikumisseadused klassikalises mehaanikas. Schrödingeri võrrandi lahendus viib paljudel juhtudel süsteemi diskreetsete võimalike olekuteni. Nii näiteks saadakse aatomi puhul elektronide jaoks mitmeid lainefunktsioone, mis vastavad erinevatele (kvanteeritud) energia väärtustele. Aatomi energiatasemete süsteem, mis on arvutatud kvantteooria meetoditega, on saanud spektroskoopias hiilgava kinnituse. Aatomi üleminek madalaimale energiatasemele E 0 vastavast põhiolekust ükskõik millisesse ergastatud olekusse E i toimub siis, kui teatud osa energiast E i - E 0 neeldub. Ergastatud aatom läheb vähem ergastatud või põhiolekusse, tavaliselt koos footoni emissiooniga. Sel juhul on footoni energia hv võrdne aatomi energiate vahega kahes olekus: hv = E i - E k kus h Plancki konstant (6,62 · 10 -27 erg · sec), v on sagedus valgusest.
Lisaks aatomispektritele on kvantteooria võimaldanud selgitada aatomite muid omadusi. Eelkõige selgitati valentsi, keemilise sideme olemust ja molekulide ehitust, loodi elementide perioodilisuse tabeli teooria.
1. lehekülg
Neutronite laeng on null. Järelikult ei mängi neutronid aatomituuma laengu suuruses mingit rolli. Kroomi seerianumber on võrdne sama väärtusega.
Prootonilaeng qp e Neutronilaeng võrdub nulliga.
On hästi näha, et sel juhul on neutroni laeng null ja prootoni laeng on ootuspäraselt 1. Kõik barüonid kahes perekonnas - kaheksa ja kümme - saadakse. Mesonid koosnevad kvargist ja antikvargist. Kriips tähistab antikvarke; nende elektrilaeng erineb märgi poolest vastava kvargi laengust. Pi-mesonisse ei kuulu kummaline kvark, pi-mesonid, nagu me juba ütlesime, on osakesed, mille veidrus ja spinn on võrdne nulliga.
Kuna prootoni laeng võrdub elektroni laenguga ja neutroni laeng on võrdne kuuliga, siis kui lülitate tugeva interaktsiooni välja, on prootoni interaktsioon elektromagnetväljaga A tavaline interaktsioon Diraci osakese - Yp / V Neutronil ei oleks elektromagnetilist vastasmõju.
Nimetused: 67 - elektroni ja prootoni laengute erinevus; q on neutroni laeng; qg on elektroni laengu absoluutväärtus.
Tuum koosneb positiivselt laetud elementaarosakestest – prootonitest ja laenguta neutronitest.
Aine struktuuri kaasaegsete ideede aluseks on väide aineaatomite olemasolu kohta, mis koosnevad positiivselt laetud prootonitest ja millel pole neutronite laengut, moodustades positiivselt laetud tuuma ja negatiivselt laetud elektronidest, mis pöörlevad ümber tuuma. Elektronide energiatasemed on selle teooria kohaselt diskreetsed ja nende poolt mingi lisaenergia kadu või omandamist käsitletakse üleminekuna ühelt lubatud energiatasemelt teisele. Sel juhul muutub energia elektrooniliste tasandite diskreetsus elektroni samasuguse energia neeldumise või emissiooni põhjuseks üleminekul ühelt energiatasemelt teisele.
Eeldasime, et aatomi või molekuli laeng on täielikult määratud skalaarsummaga q Z (q Nqn, kus Z on elektronide ja prootonite paaride arv, (q qp - qe on elektroni ja a) laengute vahe. prooton, A on neutronite arv ja qn on neutroni laeng.
Tuuma laengu määrab ainult prootonite arv Z ja selle massiarv A langeb kokku prootonite ja neutronite koguarvuga. Kuna neutroni laeng on null, ei toimu Coulombi seaduse järgi elektrilist vastasmõju kahe neutroni, samuti prootoni ja neutroni vahel. Samal ajal toimib kahe prootoni vahel elektriline tõukejõud.
Lisaks ei ole mõõtmistäpsuse piires registreeritud ühtegi kokkupõrkeprotsessi, mille puhul ei järgitaks laengu jäävuse seadust. Näiteks võimaldab neutronite mittepaindumine ühtlastes elektriväljades lugeda neutronite laengut võrdseks nulliga täpsusega 1 (elektronilaengu H7.
Oleme juba öelnud, et prootoni ja üksiku tuumamagnetoni magnetmomendi erinevus on hämmastav tulemus. Veelgi üllatavam (Tundub magnetmomendi olemasolu neutronis, millel pole laengut.
On lihtne näha, et need jõud ei ole taandatavad ühelegi füüsikakursuse eelmistes osades käsitletud jõuliikidele. Tõepoolest, kui eeldada näiteks, et tuumades nukleonide vahel toimivad gravitatsioonijõud, siis on teadaolevate prootonite ja neutroni masside põhjal lihtne arvutada, et sidumisenergia osakese kohta osutub tühiseks – see on 1036. korda vähem kui katseliselt täheldatud. Kaob ka oletus tuumajõudude elektrilise iseloomu kohta. Tõepoolest, sel juhul on võimatu ette kujutada stabiilset tuuma, mis koosneb ühest laetud prootonist ja millel pole neutronilaengut.
Tuumas nukleonide vahel eksisteeriv tugev side näitab eriliste, niinimetatud tuumajõudude olemasolu aatomituumades. On lihtne näha, et need jõud ei ole taandatavad ühelegi füüsikakursuse eelmistes osades käsitletud jõuliikidele. Tõepoolest, kui eeldada näiteks, et tuumades nukleonide vahel toimivad gravitatsioonijõud, siis on teadaolevate prootonite ja neutroni masside põhjal lihtne arvutada, et sidumisenergia osakese kohta osutub tühiseks – see on 1038. korda vähem kui katseliselt täheldatud. Kaob ka oletus tuumajõudude elektrilise iseloomu kohta. Tõepoolest, sel juhul on võimatu ette kujutada stabiilset tuuma, mis koosneb ühest laetud prootonist ja millel pole neutronilaengut.
Mis on neutron? Mis on selle struktuur, omadused ja funktsioonid? Neutronid on suurimad aatomeid moodustavatest osakestest ja on kogu aine ehitusplokid.
Aatomi struktuur
Neutronid on tuumas – aatomi tihedas piirkonnas, mis on samuti täidetud prootonitega (positiivselt laetud osakestega). Neid kahte elementi hoiab koos jõud, mida nimetatakse tuumaks. Neutronid on laenguga neutraalsed. Prootoni positiivne laeng sobitatakse elektroni negatiivse laenguga, et luua neutraalne aatom. Kuigi neutronid tuumas ei mõjuta aatomi laengut, on neil siiski palju omadusi, mis aatomit mõjutavad, sealhulgas radioaktiivsuse tase.
Neutronid, isotoobid ja radioaktiivsus
Aatomi tuumas olev osake on neutron, mis on prootonist 0,2% suurem. Üheskoos moodustavad nad 99,99% sama elemendi kogumassist, neil võib olla erinev arv neutroneid. Kui teadlased viitavad aatommassile, peavad nad silmas keskmist aatommassi. Näiteks süsinikul on tavaliselt 6 neutronit ja 6 prootonit aatommassiga 12, kuid mõnikord esineb see ka 13 aatommassiga (6 prootonit ja 7 neutronit). Süsinik aatomnumbriga 14 on samuti olemas, kuid see on haruldane. Seega on süsiniku aatommass keskmiselt 12,011.
Kui aatomites on erinev arv neutroneid, nimetatakse neid isotoopideks. Teadlased on leidnud viise, kuidas neid osakesi tuuma lisada, et luua suuri isotoope. Nüüd ei mõjuta neutronite lisamine aatomi laengut, kuna neil pole laengut. Need aga suurendavad aatomi radioaktiivsust. See võib viia väga ebastabiilsete aatomiteni, mis võivad tühjendada kõrget energiataset.
Mis on tuum?
Keemias on tuum aatomi positiivselt laetud keskpunkt, mis koosneb prootonitest ja neutronitest. Sõna "tuum" pärineb ladina keelest tuumast, mis on sõna vorm, mis tähendab "pähklit" või "tuuma". Selle termini võttis 1844. aastal kasutusele Michael Faraday aatomi keskpunkti kirjeldamiseks. Teadusi, mis on seotud tuuma uurimisega, selle koostise ja omaduste uurimisega, nimetatakse tuumafüüsikaks ja tuumakeemiaks.
Prootoneid ja neutroneid hoiab koos tugev tuumajõud. Elektronid tõmbavad tuuma poole, kuid liiguvad nii kiiresti, et nende pöörlemine toimub teatud kaugusel aatomi keskpunktist. Plussmärgiga tuumalaeng pärineb prootonitest, aga mis on neutron? See on osake, millel puudub elektrilaeng. Peaaegu kogu aatomi kaal sisaldub tuumas, kuna prootonitel ja neutronitel on palju suurem mass kui elektronidel. Prootonite arv aatomituumas määrab selle identiteedi elemendina. Neutronite arv näitab, millise elemendi isotoobiga aatom on.
Aatomituuma suurus
Tuum on palju väiksem kui aatomi üldläbimõõt, kuna elektronid võivad olla keskpunktist kaugel. Vesiniku aatom on 145 000 korda suurem kui tema tuum ja uraani aatom on 23 000 korda suurem selle keskmest. Vesiniku tuum on väikseim, kuna koosneb ühest prootonist.
Prootonite ja neutronite paigutus tuumas
Prootoneid ja neutroneid kujutatakse tavaliselt kokku tihendatuna ja sfääride vahel ühtlaselt jaotununa. See on aga tegeliku struktuuri lihtsustamine. Iga nukleon (prooton või neutron) võib hõivata teatud energiataseme ja asukohavahemiku. Kuigi tuum võib olla sfääriline, võib see olla ka pirnikujuline, kerakujuline või kettakujuline.
Prootonite ja neutronite tuumad on barüonid, mis koosnevad kõige väiksematest tuumadest, mida nimetatakse kvarkideks. Gravitatsioonijõul on väga lühike ulatus, seega peavad prootonid ja neutronid olema üksteisele väga lähedal, et olla seotud. See tugev külgetõmme ületab laetud prootonite loomuliku tõrjumise.
Prooton, neutron ja elektron
Sellise teaduse nagu tuumafüüsika arengule andis võimsa tõuke neutroni avastamine (1932). Inglise füüsik, kes oli Rutherfordi õpilane, peaks selle eest tänulik olema. Mis on neutron? See on ebastabiilne osake, mis on vabas olekus vaid 15 minutiga võimeline lagunema prootoniks, elektroniks ja neutriinoks, nn massita neutraalseks osakeseks.
Osake sai oma nime tänu sellele, et tal puudub elektrilaeng, ta on neutraalne. Neutronid on äärmiselt tihedad. Eraldatud olekus on ühe neutroni mass vaid 1,67 · 10–27 ja kui võtta teelusikatäis, mis on tihedalt neutroneid täis, kaalub tekkiv ainetükk miljoneid tonne.
Prootonite arvu elemendi tuumas nimetatakse aatomnumbriks. See number annab igale elemendile oma unikaalse identiteedi. Mõne elemendi, näiteks süsiniku aatomites on prootonite arv tuumades alati sama, kuid neutronite arv võib erineda. Teatud elemendi aatomit, mille tuumas on teatud arv neutroneid, nimetatakse isotoobiks.
Kas üksikud neutronid on ohtlikud?
Mis on neutron? See on osake, mis koos prootoniga siseneb, kuid mõnikord võivad nad eksisteerida ka iseseisvalt. Kui neutronid on väljaspool aatomituumi, omandavad nad potentsiaalselt kahjulikud omadused. Kui nad liiguvad suurel kiirusel, tekitavad nad surmavat kiirgust. Niinimetatud neutronpommid, mis on tuntud oma võime poolest tappa inimesi ja loomi, avaldades samas minimaalset mõju elututele füüsilistele struktuuridele.
Neutronid on aatomi väga oluline osa. Nende osakeste suur tihedus koos kiirusega annab neile äärmise hävitava jõu ja energia. Selle tulemusena võivad nad muuta või isegi lahti rebida tabavate aatomite tuumasid. Kuigi neutronil on puhas neutraalne elektrilaeng, koosneb see laetud komponentidest, mis laengu suhtes üksteist tühistavad.
Aatomis olev neutron on väike osake. Nagu prootonid, on nad liiga väikesed, et neid isegi elektronmikroskoobiga näha, kuid nad on olemas, sest see on ainus viis aatomite käitumise selgitamiseks. Neutronid on aatomi stabiilsuse tagamiseks väga olulised, kuid väljaspool selle aatomikeskust ei saa nad eksisteerida pikka aega ja lagunevad keskmiselt vaid 885 sekundiga (umbes 15 minutiga).
Räägime sellest, kuidas leida prootoneid, neutroneid ja elektrone. Aatomis on kolme tüüpi elementaarosakesi ja igaühel neist on oma elementaarlaeng, mass.
Tuuma struktuur
Et mõista, kuidas leida prootoneid, neutroneid ja elektrone, kujutage ette, et see on aatomi põhiosa. Tuuma sees on prootonid ja neutronid, mida nimetatakse nukleoniteks. Tuuma sees võivad need osakesed muutuda üksteiseks.
Näiteks selleks, et leida sellest prootoneid, neutroneid ja elektrone, pead teadma selle seerianumbrit. Kui võtta arvesse, et just see element juhib perioodilist süsteemi, sisaldab selle tuum ühte prootonit.
Aatomituuma läbimõõt on kümme tuhandikku kogu aatomi suurusest. See sisaldab suuremat osa kogu aatomist. Tuuma mass on tuhandeid kordi suurem kui kõigi aatomis olevate elektronide summa.
Osakeste iseloomustus
Mõelgem, kuidas leida aatomist prootoneid, neutroneid ja elektrone, ning tutvume nende omadustega. Prooton on see, mis vastab vesinikuaatomi tuumale. Selle mass ületab elektroni 1836 korda. Antud ristlõikega juhti läbiva elektrienergia ühiku määramiseks kasutatakse elektrilaengut.
Igal tuuma aatomil on teatud arv prootoneid. See on konstantne väärtus, mis iseloomustab antud elemendi keemilisi ja füüsikalisi omadusi.
Kuidas leida süsinikuaatomist prootoneid, neutroneid ja elektrone? Selle keemilise elemendi järjekorranumber on 6, seega on tuumas kuus prootonit. Planeedi järgi liigub kuus elektroni orbiitidel ümber tuuma. Süsiniku väärtusest (12) neutronite arvu määramiseks lahutage prootonite arv (6), saame kuus neutronit.
Raua aatomi puhul vastab prootonite arv 26-le, see tähendab, et sellel elemendil on perioodilisuse tabelis 26. järjekorranumber.
Neutron on elektriliselt neutraalne osake, mis on vabas olekus ebastabiilne. Neutron on võimeline spontaanselt muutuma positiivselt laetud prootoniks, kiirgades samal ajal antineutriinot ja elektroni. Selle keskmine poolväärtusaeg on 12 minutit. Massiarv on aatomi tuumas olevate prootonite ja neutronite arvu summa. Proovime välja mõelda, kuidas leida ioonist prootoneid, neutroneid ja elektrone? Kui aatom omandab keemilise interaktsiooni käigus teise elemendiga positiivse oksüdatsiooniastme, siis prootonite ja neutronite arv selles ei muutu, vaid elektrone jääb vähemaks.
Järeldus
Aatomi struktuuri kohta oli mitmeid teooriaid, kuid ükski neist ei olnud elujõuline. Enne Rutherfordi loodud versiooni ei olnud üksikasjalikku selgitust prootonite ja neutronite paiknemise kohta tuuma sees, samuti elektronide pöörlemise kohta ringorbiitidel. Pärast aatomi planetaarse struktuuri teooria ilmumist avanes teadlastel võimalus mitte ainult määrata aatomis olevate elementaarosakeste arvu, vaid ka ennustada konkreetse keemilise elemendi füüsikalisi ja keemilisi omadusi.
→Paljud inimesed koolist teavad hästi, et kõik ained koosnesid aatomitest. Aatomid koosnevad omakorda prootonitest ja neutronitest, mis moodustavad tuumast teatud kaugusel asuvate aatomite ja elektronide tuuma. Paljud on ka kuulnud, et valgus koosneb samuti osakestest – footonitest. Sellega osakeste maailm aga ei piirdu. Praeguseks on teada enam kui 400 erinevat elementaarosakest. Proovime mõista, mille poolest erinevad elementaarosakesed üksteisest.
On palju parameetreid, mille abil saate elementaarosakesi üksteisest eristada:
- Kaal.
- Elektrilaeng.
- Eluaeg. Peaaegu kõigil elementaarosakestel on piiratud eluiga, mille järel nad lagunevad.
- Keeruta. Seda võib väga ligikaudselt pidada pöördemomendiks.
Veel mõned parameetrid või nagu neid kvantarvude teaduses tavaliselt nimetatakse. Nendel parameetritel ei ole alati selget füüsilist tähendust, kuid neid on vaja selleks, et eristada mõnda osakest teistest. Kõik need täiendavad parameetrid tuuakse sisse kui mõned väärtused, mis interaktsioonis säilivad.
Peaaegu kõigil osakestel on mass, välja arvatud footonid ja neutriinod (viimastel andmetel on neutriinodel mass, kuid nii väike, et seda peetakse sageli nulliks). Ilma massita saavad osakesed eksisteerida ainult liikumises. Kõigi osakeste mass on erinev. Elektronil on minimaalne mass, arvestamata neutriinot. Mesonideks nimetatud osakeste mass on 300–400 korda suurem kui elektroni mass, prooton ja neutron on elektronist ligi 2000 korda raskemad. Juba on avastatud osakesed, mis on prootonist peaaegu 100 korda raskemad. Mass (või selle energiaekvivalent Einsteini valemi järgi:
säilib kõigis elementaarosakeste vastasmõjudes.
Kõigil osakestel ei ole elektrilaengut, mis tähendab, et kõik osakesed ei ole võimelised osalema elektromagnetilises vastasmõjus. Kõikidel vabalt eksisteerivatel osakestel on elektrilaeng, mis on elektroni laengu kordne. Lisaks vabalt eksisteerivatele osakestele on ka osakesi, mis on ainult seotud olekus, neist räägime veidi hiljem.
Spin, nagu ka teised kvantarvud, on erinevate osakeste puhul erinevad ja iseloomustavad nende unikaalsust. Mõned kvantarvud säilivad mõnes interaktsioonis, mõned teises. Kõik need kvantarvud määravad, millised osakesed kellega ja kuidas suhtlevad. 
Eluiga on ka osakese väga oluline omadus ja me käsitleme seda üksikasjalikumalt. Alustame kommentaariga. Nagu artikli alguses ütlesime, koosneb kõik meid ümbritsev aatomitest (elektronid, prootonid ja neutronid) ja valgusest (footonid). Ja kus siis on sadu erinevat tüüpi elementaarosakesi. Vastus on lihtne – kõikjal meie ümber, aga me ei märka neid kahel põhjusel.
Esimene neist - peaaegu kõik teised osakesed elavad väga vähe, umbes 10 kuni miinus 10 võimsussekundit või vähem, ega moodusta seetõttu selliseid struktuure nagu aatomid, kristallvõred jne. Teine põhjus puudutab neutriinosid, kuigi need osakesed ei lagune, vaid alluvad ainult nõrgale ja gravitatsioonilisele vastasmõjule. See tähendab, et need osakesed suhtlevad nii vähe, et neid on peaaegu võimatu tuvastada.
Visualiseerime, kuidas osake hästi suhtleb. Näiteks saab elektronide voolu peatada üsna õhukese teraslehega, suurusjärgus paar millimeetrit. See juhtub seetõttu, et elektronid hakkavad kohe teraslehe osakestega suhtlema, muudavad järsult oma suunda, kiirgavad footoneid ja kaotavad seega üsna kiiresti energiat. Mitte nii neutriinode vooluga, nad võivad läbida Maa peaaegu ilma vastastikmõjuta. Ja seetõttu on neid väga raske leida.
Seega elab enamik osakesi väga lühikest aega, pärast mida nad lagunevad. Osakeste lagunemine on kõige levinumad reaktsioonid. Lagunemise tulemusena laguneb üks osake mitmeks väiksema massiga osakeseks ja need omakorda lagunevad veelgi. Kõik lagunemised järgivad teatud reegleid - looduskaitseseadusi. Nii et näiteks lagunemise tulemusena peaks säilima elektrilaeng, mass, spinn ja hulk kvantarve. Mõned kvantarvud lagunemise käigus võivad muutuda, aga ka teatud reeglitele alludes. Lagunemisreeglid ütlevad meile, et elektron ja prooton on stabiilsed osakesed. Nad ei saa enam laguneda, järgides lagunemisreegleid, ja seetõttu lõpevad lagunemisahelad nendega.
Siinkohal tahaksin öelda paar sõna neutroni kohta. Ka vaba neutron laguneb umbes 15 minutiga prootoniks ja elektroniks. Kui aga neutron on aatomituumas, siis seda ei juhtu. Seda asjaolu saab seletada mitmeti. Näiteks kui aatomi tuumas ilmub elektron ja lagunenud neutronist lisaprooton, siis toimub kohe pöördreaktsioon – üks prootonitest neelab elektroni ja muutub neutroniks. Seda mustrit nimetatakse dünaamiliseks tasakaaluks. Seda täheldati universumis selle evolutsiooni varases staadiumis, vahetult pärast suurt pauku.
Lisaks lagunemisreaktsioonidele on olemas ka hajutusreaktsioonid – kui kaks või enam osakest interakteeruvad samaaegselt ja tulemuseks on üks või mitu muud osakest. On ka neeldumisreaktsioone, kui saadakse üks kahest või enamast osakesest. Kõik reaktsioonid toimuvad tugeva nõrga või elektromagnetilise vastasmõju tulemusena. Tugevast vastasmõjust tingitud reaktsioonid on kiireimad, sellise reaktsiooni aeg võib ulatuda 10 kuni miinus 20 sekundini. Elektromagnetilise vastastikmõju tõttu toimuvate reaktsioonide kiirus on väiksem, siin võib aeg olla suurusjärgus 10 kuni miinus 8 sekundit. Nõrga interaktsiooni reaktsioonide korral võib aeg ulatuda kümnete sekundite ja mõnikord aastateni.
Osakesi käsitleva loo lõpus räägime kvarkidest. Kvargid on elementaarosakesed, mille elektrilaeng on kolmandiku elektroni laengu kordne ja mis ei saa eksisteerida vabas olekus. Nende omavaheline suhtlus on korraldatud nii, et nad saavad elada ainult millegi osana. Näiteks kolme teatud tüüpi kvargi kombinatsioon moodustab prootoni. Teine kombinatsioon annab neutroni. Kokku on teada 6 kvarki. Nende erinevad kombinatsioonid annavad meile erinevaid osakesi ja kuigi kõik kvarkide kombinatsioonid pole füüsikaliste seadustega lubatud, on kvarkidest koosnevaid osakesi üsna vähe.
Siin võib tekkida küsimus, kuidas saab prootonit nimetada elementaarseks, kui see koosneb kvarkidest. See on väga lihtne - prooton on elementaarne, kuna seda ei saa jagada selle koostisosadeks - kvarkideks. Kõik osakesed, mis osalevad tugevas vastasmõjus, koosnevad kvarkidest ja on seega elementaarsed.
Elementaarosakeste vastastikmõjude mõistmine on universumi ehituse mõistmiseks väga oluline. Kõik, mis makrokehadega juhtub, on osakeste vastasmõju tulemus. Just osakeste vastastikmõju kirjeldab puude kasvu maa peal, reaktsioone tähtede sooltes, neutrontähtede kiirgust ja palju muud.
| Tõenäosused ja kvantmehaanika | > |
Laadimine ...