Az atom egy kémiai elem legkisebb részecskéje, amely megőrzi minden kémiai tulajdonságát. Az atom pozitív töltésű atommagból és negatív töltésű elektronokból áll. Bármely kémiai elem atommagjának töltése egyenlő Z és e szorzatával, ahol Z ennek az elemnek a sorszáma a kémiai elemek periodikus rendszerében, e pedig az elemi elektromos töltés értéke.
Elektron- ez az anyag legkisebb negatív elektromos töltésű részecskéje e=1,6·10 -19 coulomb elemi elektromos töltésnek tekintve. Az atommag körül forgó elektronok a K, L, M stb. elektronhéjakon helyezkednek el. K az atommaghoz legközelebb eső héj. Egy atom méretét elektronhéjának mérete határozza meg. Egy atom elveszíthet elektronokat és pozitív ionná válhat, vagy elektronokat nyerhet és negatív ionná válhat. Egy ion töltése határozza meg az elveszett vagy nyert elektronok számát. Ionizációnak nevezzük azt a folyamatot, amikor egy semleges atom tölt ionná alakul.
atommag(az atom központi része) elemi nukleáris részecskékből - protonokból és neutronokból - áll. Az atommag sugara körülbelül százezerszer kisebb, mint az atom sugara. Az atommag sűrűsége rendkívül nagy. Protonok- Ezek stabil elemi részecskék, amelyek egységnyi pozitív elektromos töltéssel rendelkeznek, és tömegük 1836-szor nagyobb, mint egy elektron tömege. A proton a legkönnyebb elem, a hidrogén magja. Az atommagban lévő protonok száma Z. Neutron semleges (elektromos töltéssel nem rendelkező) elemi részecske, amelynek tömege nagyon közel van a proton tömegéhez. Mivel az atommag tömege a protonok és neutronok tömegének összege, az atommagban lévő neutronok száma A - Z, ahol A az adott izotóp tömegszáma (lásd). Az atommagot alkotó protont és neutront nukleonoknak nevezzük. Az atommagban a nukleonokat speciális nukleáris erők kötik meg.
Az atommag hatalmas energiakészlettel rendelkezik, amely magreakciók során szabadul fel. A magreakciók akkor jönnek létre, amikor az atommagok kölcsönhatásba lépnek elemi részecskékkel vagy más elemek magjaival. A magreakciók eredményeként új atommagok keletkeznek. Például egy neutron átalakulhat protonná. Ebben az esetben egy béta részecske, azaz egy elektron kilökődik az atommagból.
A proton magjában a neutronná való átmenet kétféleképpen történhet: vagy egy elektron tömegével megegyező tömegű, de pozitív töltésű részecske, az úgynevezett pozitron (pozitronbomlás), az atommag, vagy az atommag befogja az egyik elektront a legközelebbi K-héjból (K -befogás).
Néha a kialakult mag többlet energiával rendelkezik (gerjesztett állapotban van), és normál állapotba kerülve többletenergiát bocsát ki nagyon rövid hullámhosszú elektromágneses sugárzás formájában. A nukleáris reakciók során felszabaduló energiát gyakorlatilag különféle iparágakban hasznosítják.
Az atom (görögül atomos - oszthatatlan) a kémiai elem legkisebb részecskéje, amelynek kémiai tulajdonságai vannak. Minden elem bizonyos típusú atomokból áll. Az atom szerkezete magában foglalja a pozitív elektromos töltést hordozó magot és a negatív töltésű elektronokat (lásd), amelyek az elektronikus héjakat alkotják. Az atommag elektromos töltésének értéke egyenlő Ze-vel, ahol e az elemi elektromos töltés, nagysága megegyezik az elektron töltésével (4,8 10 -10 e.-st. egység), Z pedig az atomszám ennek az elemnek a kémiai elemek periodikus rendszerében (lásd .). Mivel egy nem ionizált atom semleges, a benne lévő elektronok száma is egyenlő Z-vel. Az atommag összetétele (lásd: Atommag) nukleonokat, olyan elemi részecskéket tartalmaz, amelyek tömege körülbelül 1840-szer nagyobb, mint egy atom tömege. elektron (egyenlő 9,1 10 - 28 g), protonok (lásd), pozitív töltésű és töltés nélküli neutronok (lásd). Az atommagban lévő nukleonok számát tömegszámnak nevezzük, és A betűvel jelöljük. Az atommagban lévő protonok Z-vel egyenlő száma határozza meg az atomba belépő elektronok számát, az elektronhéjak szerkezetét és a vegyi anyagot. az atom tulajdonságai. A neutronok száma az atommagban A-Z. Izotópoknak nevezzük ugyanazon elem változatait, amelyek atomjai A tömegszámban különböznek egymástól, de azonos a Z-vel. Így egy elem különböző izotópjainak atommagjaiban különböző számú neutron található ugyanannyi proton. Az izotópok kijelölésénél az elem szimbólum tetejére az A tömegszámot, alul a rendszámot írjuk; például az oxigén izotópjait jelöljük: 
Az atom méreteit az elektronhéjak méretei határozzák meg, és minden Z esetében körülbelül 10 -8 cm. Mivel az atom összes elektronjának tömege több ezerszer kisebb, mint az atommag tömege, az atommag tömege az atom arányos a tömegszámmal. Egy adott izotóp atomjának relatív tömegét a C 12 szénizotóp atomjának tömegéhez viszonyítva határozzuk meg, 12 egységnek vesszük, és izotóptömegnek nevezzük. Kiderül, hogy közel van a megfelelő izotóp tömegszámához. Egy kémiai elem atomjának relatív tömege az izotóp tömegének átlagos (az adott elem izotópjainak relatív mennyiségét figyelembe véve) értéke, és atomtömegnek (tömegnek) nevezzük.
Az atom egy mikroszkopikus rendszer, szerkezetét és tulajdonságait csak a 20. század 20-as éveiben megalkotott, atomi léptékű jelenségek leírására hivatott kvantumelmélet segítségével lehet megmagyarázni. Kísérletek kimutatták, hogy a mikrorészecskék - elektronok, protonok, atomok stb. - a korpuszkulárison kívül olyan hullámtulajdonságokkal is rendelkeznek, amelyek diffrakcióban és interferenciában nyilvánulnak meg. A kvantumelméletben a mikroobjektumok állapotának leírására egy bizonyos hullámmezőt használnak, amelyet hullámfüggvény (Ψ-függvény) jellemez. Ez a függvény meghatározza a mikroobjektum lehetséges állapotainak valószínűségét, azaz jellemzi annak egyik vagy másik tulajdonságának megnyilvánulásának lehetséges lehetőségeit. A Ψ függvény térben és időben való változásának törvénye (Schrödinger-egyenlet), amely lehetővé teszi ennek a függvénynek a megtalálását, ugyanazt a szerepet tölti be a kvantumelméletben, mint a klasszikus mechanikában a Newton-féle mozgástörvények. A Schrödinger-egyenlet megoldása sok esetben a rendszer diszkrét lehetséges állapotaihoz vezet. Így például egy atom esetében az elektronok hullámfüggvényeinek sorozatát kapjuk, amelyek különböző (kvantált) energiaértékeknek felelnek meg. Az atom kvantumelméleti módszerekkel kiszámított energiaszint-rendszere fényes megerősítést kapott a spektroszkópiában. Egy atom átmenete a legalacsonyabb E 0 energiaszintnek megfelelő alapállapotból az E i gerjesztett állapotok bármelyikébe akkor következik be, amikor az E i - E 0 energia egy bizonyos része elnyelődik. A gerjesztett atom kevésbé gerjesztett vagy alapállapotba kerül, általában egy foton kibocsátásával. Ebben az esetben a hv fotonenergia egyenlő egy atom két állapotú energiáinak különbségével: hv= E i - E k ahol h Planck-állandó (6,62·10 -27 erg·sec), v a frekvencia a fény.
Az atomspektrumok mellett a kvantumelmélet lehetővé tette az atomok egyéb tulajdonságainak magyarázatát is. Elsősorban a vegyértéket, a kémiai kötés természetét és a molekulák szerkezetét magyarázták el, és megalkották az elemek periodikus rendszerének elméletét.
1 oldal
A neutron töltése nulla. Következésképpen a neutronok nem játszanak szerepet az atommag töltésének nagyságában. A króm sorozatszáma azonos értékkel.
Proton töltés qp e Neutron töltés egyenlő nullával.
Könnyen belátható, hogy ebben az esetben a neutron töltése nulla, a protoné pedig 1, ahogy az várható volt. A két családhoz tartozó összes bariont megkapjuk - a nyolcat és a tízet. A mezonok egy kvarkból és egy antikvarkból állnak. A sáv antikvarkokat jelöl; elektromos töltésük előjelben különbözik a megfelelő kvark töltésétől. Egy furcsa kvark nem lép be a pi-mezonba, a pi-mezonok, mint már mondtuk, olyan részecskék, amelyek furcsasága és spinje nulla.
Mivel a proton töltése egyenlő az elektron töltésével és a neutron töltése egyenlő a golyóéval, ezért ha az erős kölcsönhatást kikapcsoljuk, akkor a proton kölcsönhatása az A elektromágneses térrel a szokásos kölcsönhatás lesz. a Dirac részecske - Yp / V. A neutronnak nem lenne elektromágneses kölcsönhatása.
Megnevezések: 67 - töltéskülönbség elektron és proton között; q a neutron töltése; qg az elektrontöltés abszolút értéke.
Az atommag pozitív töltésű elemi részecskékből áll - protonokból és neutronokból, amelyek nem hordoznak töltést.
Az anyag szerkezetére vonatkozó modern elképzelések alapja a pozitív töltésű protonokból és töltés nélküli neutronokból álló, pozitív töltésű atommagot, valamint az atommag körül forgó negatív töltésű elektronokból álló anyagatomok létezésére vonatkozó megállapítás. Az elektronok energiaszintjei ezen elmélet szerint diszkrét természetűek, és némi többletenergia elvesztése vagy beszerzése általuk az egyik megengedett energiaszintről a másikra való átmenetnek tekinthető. Ebben az esetben az elektronikus energiaszintek diszkrét jellege az egyik energiaszintről a másikra való átmenet során ugyanilyen diszkrét energiaelnyelés vagy -kibocsátás oka egy elektron által.
Feltételeztük, hogy egy atom vagy molekula töltését teljesen meghatározza a q Z skaláris összeg (q Nqn, ahol Z az elektron-proton párok száma, (q qp - qe az elektron és a proton töltéseinek különbsége) , N a neutronok száma, qn pedig a neutron töltése.
A magtöltést csak a Z protonok száma határozza meg, és A tömegszáma egybeesik a protonok és neutronok teljes számával. Mivel a neutron töltése nulla, a Coulomb-törvény szerint nincs elektromos kölcsönhatás két neutron, illetve egy proton és egy neutron között. Ugyanakkor a két proton között elektromos taszító erő hat.
Továbbá a mérési pontosság határain belül egyetlen olyan ütközési folyamatot sem regisztráltak, amelyben a töltés megmaradási törvénye ne lenne betartva. Például a neutronok rugalmatlansága egyenletes elektromos mezőben lehetővé teszi, hogy a neutrontöltést 1-es pontossággal nullával egyenlőnek tekintsük (az elektrontöltés H7.
Már mondtuk, hogy egy proton és egy magmagneton mágneses momentuma közötti különbség elképesztő eredmény. Még meglepőbb (Úgy tűnik, van egy mágneses momentum egy töltés nélküli neutronnak.
Könnyen belátható, hogy ezek az erők nem redukálódnak a fizikakurzus előző részeiben tárgyalt erőtípusok egyikére sem. Valóban, ha feltételezzük például, hogy az atommagokban lévő nukleonok között gravitációs erők hatnak, akkor az ismert proton- és neutrontömegekből könnyen kiszámítható, hogy a részecskénkénti kötési energia elhanyagolható lesz - 1036-szor kisebb lesz, mint a megfigyelt. kísérletileg. A nukleáris erők elektromos természetére vonatkozó feltételezés is megszűnik. Valójában ebben az esetben lehetetlen elképzelni egy stabil atommagot, amely egyetlen töltött protonból áll, és neutron töltés nélkül.
Az atommagban lévő nukleonok között fennálló erős kötés speciális, úgynevezett nukleáris erők jelenlétét jelzi az atommagokban. Könnyen belátható, hogy ezek az erők nem redukálódnak a fizikakurzus előző részeiben tárgyalt erőtípusok egyikére sem. Valóban, ha feltételezzük például, hogy az atommagokban lévő nukleonok között gravitációs erők hatnak, akkor a proton és a neutron ismert tömegéből könnyen kiszámítható, hogy a részecskénkénti kötési energia elhanyagolható lesz - 1038-szor kisebb lesz, mint amit kísérletileg megfigyeltek. A nukleáris erők elektromos természetére vonatkozó feltételezés is megszűnik. Valójában ebben az esetben lehetetlen elképzelni egy stabil atommagot, amely egyetlen töltött protonból áll, és neutron töltés nélkül.
Mi az a neutron? Mi a felépítése, tulajdonságai és funkciói? A neutronok az atomokat alkotó részecskék közül a legnagyobbak, amelyek minden anyag építőkövei.
Az atom szerkezete
A neutronok az atommagban találhatók - az atom sűrű régiójában, amely szintén tele van protonokkal (pozitív töltésű részecskék). Ezt a két elemet egy nukleáris erő tartja össze. A neutronok semleges töltéssel rendelkeznek. A proton pozitív töltése az elektron negatív töltésével párosul, így semleges atom keletkezik. Bár az atommagban lévő neutronok nem befolyásolják az atom töltését, számos olyan tulajdonságuk van, amelyek befolyásolják az atomot, beleértve a radioaktivitás szintjét.
Neutronok, izotópok és radioaktivitás
Egy részecske, amely az atommagban van - egy neutron 0,2%-kal nagyobb, mint egy proton. Együtt ugyanannak az elemnek a teljes tömegének 99,99%-át teszik ki, és eltérő számú neutront tartalmazhatnak. Amikor a tudósok az atomtömegre hivatkoznak, akkor az átlagos atomtömeget értik. Például a szén általában 6 neutronból és 6 protonból áll, amelyek atomtömege 12, de néha előfordul, hogy 13 atomtömegű (6 proton és 7 neutron). A 14-es rendszámú szén is létezik, de ritka. Tehát a szén atomtömege átlagosan 12,011.
Ha az atomoknak különböző számú neutronja van, izotópoknak nevezzük őket. A tudósok megtalálták a módját, hogy ezeket a részecskéket a maghoz adják nagy izotópok létrehozása érdekében. A neutronok hozzáadása nem befolyásolja az atom töltését, mivel nincs töltésük. Ezek azonban növelik az atom radioaktivitását. Ez nagyon instabil atomokat eredményezhet, amelyek nagy mennyiségű energiát bocsáthatnak ki.
Mi az a mag?
A kémiában az atommag az atom pozitív töltésű központja, amely protonokból és neutronokból áll. A „mag” szó a latin magból származik, amely a „dió” vagy „mag” szó egyik formája. A kifejezést 1844-ben Michael Faraday alkotta meg az atom középpontjának leírására. Az atommag tanulmányozásával, összetételének és jellemzőinek vizsgálatával foglalkozó tudományokat magfizikának és magkémiának nevezik.
A protonokat és a neutronokat az erős nukleáris erő tartja össze. Az elektronok vonzódnak az atommaghoz, de olyan gyorsan mozognak, hogy forgásuk bizonyos távolságra történik az atom középpontjától. A pozitív magtöltés a protonokból származik, de mi az a neutron? Ez egy olyan részecske, amelynek nincs elektromos töltése. Az atom szinte teljes tömege az atommagban található, mivel a protonok és neutronok sokkal nagyobb tömegűek, mint az elektronok. Az atommagban lévő protonok száma határozza meg az atommag elemként való azonosságát. A neutronok száma jelzi, hogy egy elem melyik izotópja az atom.
Az atommag mérete
Az atommag sokkal kisebb, mint az atom teljes átmérője, mivel az elektronok távolabb is lehetnek a központtól. A hidrogénatom 145 000-szer nagyobb, mint az atommagja, az uránatom pedig 23 000-szer nagyobb, mint a középpontja. A hidrogén atommagja a legkisebb, mivel egyetlen protonból áll.
A protonok és neutronok elhelyezkedése az atommagban
A protonokat és a neutronokat általában összecsomagolva és a gömbök között egyenletesen elosztva ábrázolják. Ez azonban a tényleges szerkezet leegyszerűsítése. Minden nukleon (proton vagy neutron) elfoglalhat egy bizonyos energiaszintet és egy bizonyos tartományt. Míg a mag lehet gömb alakú, lehet körte-, gömb- vagy korong alakú is.
A protonok és neutronok magjai barionok, amelyek a legkisebbekből állnak, amelyeket kvarknak neveznek. A vonzóerő nagyon rövid hatótávolságú, ezért a protonoknak és a neutronoknak nagyon közel kell lenniük egymáshoz, hogy megköthetők legyenek. Ez az erős vonzalom legyőzi a töltött protonok természetes taszítását.
Proton, neutron és elektron
A neutron felfedezése (1932) hatalmas lendületet adott egy olyan tudomány fejlődésének, mint a magfizika. Ezt egy angol fizikusnak kell köszönnie, aki Rutherford tanítványa volt. Mi az a neutron? Ez egy instabil részecske, amely szabad állapotban mindössze 15 perc alatt képes protonná, elektronná és neutrínóvá, az úgynevezett tömeg nélküli semleges részecskévé bomlani.
A részecske arról kapta a nevét, hogy nincs elektromos töltése, semleges. A neutronok rendkívül sűrűek. Izolált állapotban egy neutron tömege csak 1,67 · 10 - 27, és ha veszünk egy teáskanálnyit, amely sűrűn tele van neutronokkal, akkor a keletkező anyagdarab több millió tonnát fog nyomni.
Az elem magjában lévő protonok számát atomszámnak nevezzük. Ez a szám minden elemnek saját egyedi azonosítóját adja. Egyes elemek atomjaiban, például a szénben, az atommagokban lévő protonok száma mindig azonos, de a neutronok száma változhat. Egy adott elem azon atomját, amelynek az atommagjában meghatározott számú neutron található, izotópnak nevezzük.
Veszélyesek az egyes neutronok?
Mi az a neutron? Ez egy részecske, amely a protonnal együtt benne van, azonban néha önállóan is létezhetnek. Amikor a neutronok az atommagokon kívül vannak, potenciálisan veszélyes tulajdonságokat szereznek. Amikor nagy sebességgel mozognak, halálos sugárzást bocsátanak ki. Az úgynevezett neutronbombák, amelyek arról ismertek, hogy képesek embereket és állatokat megölni, miközben minimális hatást gyakorolnak az élettelen fizikai struktúrákra.
A neutronok nagyon fontos részei az atomnak. E részecskék nagy sűrűsége, sebességükkel párosulva rendkívüli pusztító erőt és energiát ad nekik. Következésképpen megváltoztathatják vagy akár szét is szakíthatják a becsapódó atommagokat. Bár a neutronnak van nettó semleges elektromos töltése, töltött komponensekből áll, amelyek kioltják egymást a töltés tekintetében.
Az atomban lévő neutron egy apró részecske. A protonokhoz hasonlóan túl kicsik ahhoz, hogy még elektronmikroszkóppal is láthassák, de ott vannak, mert csak így magyarázható az atomok viselkedése. A neutronok nagyon fontosak egy atom stabilitása szempontjából, de az atomközponton kívül nem létezhetnek hosszú ideig, és átlagosan mindössze 885 másodperc (kb. 15 perc) alatt bomlanak le.
Beszéljünk arról, hogyan találhatunk protonokat, neutronokat és elektronokat. Háromféle elemi részecskék találhatók egy atomban, és mindegyiknek megvan a maga elemi töltése, tömege.
A mag felépítése
A protonok, neutronok és elektronok megtalálásának megértéséhez képzelje el, hogy ez az atom fő része. Az atommag belsejében protonok és neutronok találhatók, amelyeket nukleonoknak nevezünk. A magon belül ezek a részecskék átjuthatnak egymásba.
Például ahhoz, hogy protonokat, neutronokat és elektronokat találjunk benne, ismerni kell a sorozatszámát. Ha figyelembe vesszük, hogy ez az elem vezeti a periódusos rendszert, akkor az atommagja egy protont tartalmaz.
Az atommag átmérője az atom teljes méretének tízezrede. Ez tartalmazza a teljes atom nagy részét. Az atommag tömege ezerszer nagyobb, mint az atomban jelenlévő összes elektron összege.
Részecske jellemzése
Fontolja meg, hogyan találhat protonokat, neutronokat és elektronokat egy atomban, és ismerje meg tulajdonságaikat. A proton az, amely megfelel a hidrogénatom magjának. Tömege 1836-szor haladja meg az elektront. Egy adott keresztmetszetű vezetőn áthaladó elektromosság mértékegységének meghatározásához használjunk elektromos töltést.
Minden atomnak bizonyos számú protonja van a magjában. Ez egy állandó érték, amely egy adott elem kémiai és fizikai tulajdonságait jellemzi.
Hogyan találhatunk protonokat, neutronokat és elektronokat egy szénatomban? Ennek a kémiai elemnek a rendszáma 6, ezért az atommag hat protont tartalmaz. A bolygórendszer szerint hat elektron kering az atommag körül. A neutronok számának meghatározásához a szén értékéből (12) vonjuk le a protonok számát (6), így hat neutront kapunk.
Egy vasatom esetében a protonok száma 26-nak felel meg, vagyis ennek az elemnek a 26. sorszáma van a periódusos rendszerben.
A neutron egy elektromosan semleges részecske, szabad állapotban instabil. A neutron képes spontán átalakulni pozitív töltésű protonná, miközben antineutrínót és elektront bocsát ki. Átlagos felezési ideje 12 perc. A tömegszám az atommagban lévő protonok és neutronok számának összege. Próbáljuk kitalálni, hogyan találhatunk protonokat, neutronokat és elektronokat egy ionban? Ha egy atom egy másik elemmel való kémiai kölcsönhatás során pozitív oxidációs állapotot vesz fel, akkor a benne lévő protonok és neutronok száma nem változik, csak az elektronok csökkennek.
Következtetés
Számos elmélet született az atom szerkezetével kapcsolatban, de egyik sem volt életképes. A Rutherford által megalkotott változat előtt nem volt részletes magyarázat a protonok és neutronok magon belüli elhelyezkedéséről, valamint az elektronok körpályáján való forgásról. Az atom bolygószerkezetére vonatkozó elmélet megjelenése után a kutatóknak lehetőségük nyílt nemcsak az elemi részecskék számának meghatározására egy atomban, hanem egy adott kémiai elem fizikai és kémiai tulajdonságainak előrejelzésére is.
→Sokan jól tudják az iskolából, hogy minden anyag atomokból állt. Az atomok pedig protonokból és neutronokból állnak, amelyek az atommagtól bizonyos távolságra elhelyezkedő atomok és elektronok magját alkotják. Sokan hallották azt is, hogy a fény is részecskékből – fotonokból – áll. A részecskék világa azonban nem korlátozódik erre. Napjainkig több mint 400 különböző elemi részecske ismert. Próbáljuk megérteni, miben különböznek egymástól az elemi részecskék.
Számos paraméter létezik, amelyek alapján az elemi részecskéket meg lehet különböztetni egymástól:
- Súly.
- Elektromos töltés.
- Élettartam. Szinte minden elemi részecskének véges élettartama van, amely után lebomlik.
- Spin. Ez nagyon közelítőleg forgási nyomatéknak tekinthető.
Még néhány paraméter, vagy ahogy a kvantumszámok tudományában szokás nevezni. Ezeknek a paramétereknek nem mindig van egyértelmű fizikai jelentése, de azért szükségesek, hogy megkülönböztessük az egyik részecskét a másiktól. Mindezek a további paraméterek néhány mennyiségként kerülnek bevezetésre, amelyek megmaradnak a kölcsönhatásban.
Szinte minden részecske tömeggel rendelkezik, kivéve a fotonokat és a neutrínókat (a legfrissebb adatok szerint a neutrínóknak van tömege, de olyan kicsi, hogy azt gyakran nullának tekintik). Tömeg nélkül a részecskék csak mozgásban létezhetnek. Minden részecske tömege eltérő. Az elektronnak van a legkisebb tömege, a neutrínón kívül. A mezonoknak nevezett részecskék tömege 300-400-szor nagyobb, mint egy elektron tömege, a proton és a neutron majdnem 2000-szer nehezebb, mint egy elektron. A protonnál majdnem 100-szor nehezebb részecskéket már felfedeztek. Tömeg (vagy energiaegyenértéke az Einstein-képlet szerint:
az elemi részecskék minden kölcsönhatásában megmarad.
Nem minden részecske rendelkezik elektromos töltéssel, ami azt jelenti, hogy nem minden részecske képes részt venni az elektromágneses kölcsönhatásban. Minden szabadon létező részecske elektromos töltése többszöröse az elektron töltésének. A szabadon létező részecskék mellett vannak olyan részecskék is, amelyek csak kötött állapotban vannak, róluk egy kicsit később lesz szó.
A spin, valamint a különböző részecskék más kvantumszámai eltérőek, és jellemzik egyediségüket. Egyes kvantumszámok bizonyos kölcsönhatásokban megmaradnak, mások másokban. Mindezek a kvantumszámok meghatározzák, hogy melyik részecskék melyikkel és hogyan lépnek kölcsönhatásba. 
Az élettartam is nagyon fontos jellemzője a részecskéknek, és ezt részletesebben is megvizsgáljuk. Kezdjük egy megjegyzéssel. Ahogy a cikk elején mondtuk, minden, ami körülvesz bennünket, atomokból (elektronokból, protonokból és neutronokból) és fényből (fotonokból) áll. És hol van akkor több száz különböző típusú elemi részecskének. A válasz egyszerű – mindenhol körülöttünk, de két okból nem vesszük észre.
Az első ezek közül az, hogy szinte az összes többi részecske nagyon keveset él, körülbelül 10 és mínusz 10 másodpercig vagy kevesebb ideig, ezért nem alkotnak struktúrákat, például atomokat, kristályrácsokat stb. A második ok a neutrínókra vonatkozik, bár ezek a részecskék nem bomlanak le, csak gyenge és gravitációs kölcsönhatásnak vannak kitéve. Ez azt jelenti, hogy ezek a részecskék olyan kevéssé lépnek kölcsönhatásba, hogy szinte lehetetlen észlelni őket.
Vizualizáljuk, mi fejezi ki a részecske interakcióját. Például az elektronok áramlását meg lehet állítani egy meglehetősen vékony, néhány milliméteres acéllemezzel. Ez azért történik, mert az elektronok azonnal kölcsönhatásba lépnek az acéllemez részecskéivel, élesen megváltoztatják irányukat, fotonokat bocsátanak ki, és így meglehetősen gyorsan veszítenek energiából. A neutrínók áramlásával minden nem így van, szinte kölcsönhatás nélkül át tudnak haladni a Földön. Éppen ezért nagyon nehéz megtalálni őket.
Tehát a legtöbb részecske nagyon rövid ideig él, majd lebomlik. A részecskebomlás a leggyakoribb reakció. A bomlás következtében egy részecske több kisebb tömegű részre bomlik, ezek pedig tovább bomlanak. Minden bomlás betart bizonyos szabályokat - a természetvédelmi törvényeket. Tehát például a bomlás következtében meg kell őrizni egy elektromos töltést, tömeget, spint és számos kvantumszámot. Egyes kvantumszámok változhatnak a bomlás során, de bizonyos szabályok függvényében is. A bomlási szabályok azt mondják nekünk, hogy az elektron és a proton stabil részecskék. A bomlás szabályainak engedelmeskedve többé nem bomlani le, ezért a bomlás láncai náluk érnek véget.
Itt szeretnék néhány szót ejteni a neutronról. A szabad neutron is körülbelül 15 perc alatt bomlik protonná és elektronná. Ha azonban a neutron az atommagban van, ez nem történik meg. Ez a tény többféleképpen magyarázható. Például, amikor egy elektron és egy extra proton egy bomlott neutronból megjelenik az atommagban, azonnal megtörténik a fordított reakció - az egyik proton elnyel egy elektront és neutronná alakul. Ezt a képet dinamikus egyensúlynak nevezzük. A világegyetemben fejlődésének korai szakaszában figyelték meg, röviddel az ősrobbanás után.
A bomlási reakciók mellett léteznek szórási reakciók is - amikor két vagy több részecske egyidejűleg kölcsönhatásba lép, és az eredmény egy vagy több másik részecske. Léteznek abszorpciós reakciók is, amikor két vagy több részecskéből nyernek egyet. Minden reakció erős gyenge vagy elektromágneses kölcsönhatás eredményeként jön létre. Az erős kölcsönhatás miatti reakciók a leggyorsabbak, egy ilyen reakció ideje elérheti a 10-mínusz 20 másodpercet. Az elektromágneses kölcsönhatás miatti reakciók sebessége kisebb, itt az idő körülbelül 10-mínusz 8 másodperc lehet. Gyenge interakciós reakciók esetén az idő több tíz másodpercet, sőt néha éveket is elérhet.
A részecskékről szóló történet végén beszéljünk a kvarkokról. A kvarkok olyan elemi részecskék, amelyek elektromos töltése többszöröse az elektron töltésének harmadának, és amelyek szabad állapotban nem létezhetnek. Interakciójuk úgy van elrendezve, hogy csak valaminek részeként élhessenek. Például egy bizonyos típusú három kvark kombinációja protont képez. Egy másik kombináció neutront ad. Összesen 6 kvarkot ismerünk. Különféle kombinációik különböző részecskéket adnak nekünk, és bár nem minden kvark kombinációt engedélyeznek a fizikai törvények, elég sok részecske épül fel kvarkokból.
Itt felmerülhet a kérdés, hogyan nevezhető egy proton eleminek, ha kvarkokból áll. Nagyon egyszerűen - a proton elemi, mivel nem osztható fel alkotórészeire - kvarkra. Minden részecske, amely részt vesz az erős kölcsönhatásban, kvarkokból áll, ugyanakkor elemi.
Az elemi részecskék kölcsönhatásainak megértése nagyon fontos az univerzum szerkezetének megértéséhez. Minden, ami a makrotestekkel történik, részecskék kölcsönhatásának eredménye. A részecskék kölcsönhatása írja le a fák növekedését a földön, a csillagok mélyén zajló reakciókat, a neutroncsillagok sugárzását és még sok mást.
| Valószínűségek és kvantummechanika | > |
Betöltés...