Atoms ir mazākā daļiņa ķīmiskais elements, saglabājot to visu Ķīmiskās īpašības. Atoms sastāv no kodola, kuram ir pozitīvs elektriskais lādiņš, un negatīvi lādētiem elektroniem. Jebkura ķīmiskā elementa kodola lādiņš ir vienāds ar Z un e reizinājumu, kur Z ir šī elementa kārtas numurs ķīmisko elementu periodiskajā sistēmā, e ir elementārā elektriskā lādiņa vērtība.
Elektrons ir mazākā vielas daļiņa ar negatīvu elektrisko lādiņu e=1,6·10 -19 kuloni, ņemot par elementāru elektrisko lādiņu. Elektroni, kas rotē ap kodolu, atrodas elektronu apvalkos K, L, M utt. K ir kodolam vistuvāk esošais apvalks. Atoma izmēru nosaka tā elektronu apvalka lielums. Atoms var zaudēt elektronus un kļūt pozitīvais jons vai iegūt elektronus un kļūt par negatīvu jonu. Jona lādiņš nosaka zaudēto vai iegūto elektronu skaitu. Procesu, kurā neitrāls atoms pārvērš par lādētu jonu, sauc par jonizāciju.
Atomu kodols(atoma centrālā daļa) sastāv no elementāra kodoldaļiņas- protoni un neitroni. Kodola rādiuss ir aptuveni simts tūkstošus reižu mazāks par atoma rādiusu. Atomu kodola blīvums ir ārkārtīgi augsts. Protoni- tās ir stabilas elementārdaļiņas ar vienu pozitīvu elektrisko lādiņu un masu, kas 1836 reizes lielāka par elektrona masu. Protons ir vieglākā elementa, ūdeņraža, atoma kodols. Protonu skaits kodolā ir Z. Neitrons ir neitrāla (bez elektriskā lādiņa) elementārdaļiņa, kuras masa ir ļoti tuvu protona masai. Tā kā kodola masu veido protonu un neitronu masa, tad neitronu skaits atoma kodolā ir vienāds ar A - Z, kur A ir dotā izotopa masas skaitlis (sk.). Protonus un neitronus, kas veido kodolu, sauc par nukleoniem. Kodolā nukleonus savieno īpaši kodolspēki.
IN atoma kodols Ir milzīga enerģijas rezerve, kas izdalās kodolreakciju laikā. Kodolreakcijas notiek, kad atomu kodoli mijiedarbojas ar elementārdaļiņām vai citu elementu kodoliem. Kodolreakciju rezultātā veidojas jauni kodoli. Piemēram, neitrons var pārveidoties par protonu. Šajā gadījumā no kodola tiek izmesta beta daļiņa, t.i., elektrons.
Protona pāreju uz neitronu kodolā var veikt divos veidos: vai nu daļiņa, kuras masa ir vienāda ar elektrona masu, bet ar pozitīvu lādiņu, ko sauc par pozitronu (pozitronu sabrukšana), tiek emitēta no kodols jeb kodols uztver vienu no elektroniem no tam tuvākā K-čaulas (K -tveršana).
Dažreiz iegūtajam kodolam ir enerģijas pārpalikums (atrodas satrauktā stāvoklī) un, nonākot iekšā normāls stāvoklis, atbrīvo lieko enerģiju elektromagnētiskā starojuma veidā ar ļoti īsu viļņa garumu -. Kodolreakciju laikā izdalītā enerģija tiek praktiski izmantota dažādās nozarēs.
Atoms (grieķu atomos — nedalāms) ir ķīmiskā elementa mazākā daļiņa, kurai ir savas ķīmiskās īpašības. Katrs elements sastāv no atomiem noteikta veida. Atoms sastāv no kodola, kas nes pozitīvu elektrisko lādiņu, un negatīvi lādētiem elektroniem (sk.), veidojot tā elektronu apvalkus. Kodola elektriskā lādiņa lielums ir vienāds ar Z-e, kur e ir elementārais elektriskais lādiņš, kas vienāds ar elektrona lādiņu (4,8·10 -10 elektriskās vienības), un Z ir šī elementa atomskaitlis ķīmisko elementu periodiskā tabula (sk. .). Tā kā nejonizēts atoms ir neitrāls, arī tajā iekļauto elektronu skaits ir vienāds ar Z. Kodola (sk. Atomu kodols) sastāvā ietilpst nukleoni, elementārdaļiņas, kuru masa ir aptuveni 1840 reizes lielāka par elektrona masu. (vienāds ar 9,1 10 - 28 g), protoni (skatīt), pozitīvi lādēti un neitroni bez lādiņa (sk.). Nukleonu skaitu kodolā sauc par masas skaitli un apzīmē ar burtu A. Protonu skaits kodolā, kas vienāds ar Z, nosaka elektronu skaitu, kas nonāk atomā, elektronu apvalku struktūru un ķīmisko vielu. atoma īpašības. Neitronu skaits kodolā ir A-Z. Izotopi ir viena un tā paša elementa šķirnes, kuru atomi atšķiras viens no otra pēc masas skaita A, bet tiem ir vienāds Z. Tādējādi viena un tā paša elementa dažādu izotopu atomu kodolos ir atšķirīgs numurs neitroni ar tādu pašu protonu skaitu. Apzīmējot izotopus, virs elementa simbola raksta masas skaitli A, bet zemāk – atomskaitli; piemēram, skābekļa izotopus apzīmē: 
Atoma izmērus nosaka elektronu apvalku izmēri un tie visiem Z ir 10 -8 cm lielums. Tā kā atoma visu elektronu masa ir vairākus tūkstošus reižu mazāka par kodola masu. , atoma masa ir proporcionāla masas skaitlim. Dotā izotopa atoma relatīvo masu nosaka attiecībā pret oglekļa izotopa C12 atoma masu, ko ņem kā 12 vienības, un to sauc par izotopa masu. Izrādās, ka tas ir tuvu atbilstošā izotopa masas skaitlim. Ķīmiskā elementa atoma relatīvais svars ir vidējā (ņemot vērā dotā elementa izotopu relatīvo pārpilnību) izotopa svara vērtību, un to sauc par atomsvaru (masu).
Atoms ir mikroskopiska sistēma, un tā uzbūvi un īpašības var izskaidrot tikai, izmantojot kvantu teoriju, kas radīta galvenokārt 20. gadsimta 20. gados un paredzēta, lai aprakstītu parādības atomu mērogā. Eksperimenti ir parādījuši, ka mikrodaļiņām – elektroniem, protoniem, atomiem u.c. – papildus korpuskulārajām piemīt viļņu īpašības, kas izpaužas difrakcijā un interferencēs. Kvantu teorijā, lai aprakstītu mikroobjektu stāvokli, tiek izmantots noteikts viļņu lauks, ko raksturo viļņa funkcija (Ψ-funkcija). Šī funkcija nosaka mikroobjekta iespējamo stāvokļu varbūtības, t.i., raksturo potenciālās iespējas atsevišķu tā īpašību izpausmei. Funkcijas Ψ variācijas likumam telpā un laikā (Šrodingera vienādojums), kas ļauj atrast šo funkciju, kvantu teorijā ir tāda pati loma kā Ņūtona kustības likumiem klasiskajā mehānikā. Šrēdingera vienādojuma atrisināšana daudzos gadījumos noved pie diskrēta iespējamie stāvokļi sistēmas. Tātad, piemēram, atoma gadījumā tiek iegūta virkne viļņu funkciju elektroniem, kas atbilst dažādām (kvantētām) enerģijas vērtībām. Atomu enerģijas līmeņu sistēma, kas aprēķināta ar kvantu teorijas metodēm, ir guvusi spožu apstiprinājumu spektroskopijā. Atoma pāreja no pamata stāvokļa, kas atbilst zemākajam enerģijas līmenim E 0 uz jebkuru no satraukti stāvokļi E i rodas, kad tiek absorbēta noteikta enerģijas daļa E i - E 0. Ierosināts atoms pāriet uz mazāk ierosinātu vai pamata stāvokli, parasti izstarojot fotonu. Šajā gadījumā fotona enerģija hv ir vienāda ar atoma enerģiju starpību divos stāvokļos: hv = E i - E k kur h Planka konstante (6,62·10 -27 erg·sek), v ir frekvence. gaismas.
Papildus atomu spektriem kvantu teorija ļāva izskaidrot arī citas atomu īpašības. Jo īpaši tika izskaidrota valence, ķīmisko saišu būtība un molekulu struktūra, kā arī tika izveidota elementu periodiskās tabulas teorija.
1. lapa
Neitrona lādiņš ir nulle. Līdz ar to neitroniem nav nozīmes atoma kodola lādiņa daudzumā. Arī hroma sērijas numurs ir vienāds ar to pašu vērtību.
Protona lādiņš ir qp e Neitrona lādiņš ir nulle.
Ir viegli redzēt, ka šajā gadījumā neitrona lādiņš ir nulle, bet protona lādiņš ir 1, kā paredzēts. Mēs iegūstam visus barionus, kas iekļauti divās ģimenēs - astoņās un desmit. Mezoni sastāv no kvarka un antikvarka. Līnija apzīmē senlietas; to elektriskais lādiņš pēc zīmes atšķiras no atbilstošā kvarka lādiņa. Pi mezons neietver dīvainu kvarku; pi mezoni, kā jau teicām, ir daļiņas ar dīvainību un spinu, kas vienāds ar nulli.
Tā kā protona lādiņš ir vienāds ar elektrona lādiņu un neitrona lādiņš ir vienāds ar lodi, tad, ja izslēdzat spēcīgo mijiedarbību, protona mijiedarbība ar elektromagnētiskais lauks Un tā būtu parastā Diraka daļiņas mijiedarbība - Yp / V. Neitronam nebūtu elektromagnētiskas mijiedarbības.
Apzīmējumi: 67 - lādiņa atšķirība starp elektronu un protonu; q - neitronu lādiņš; qg ir elektronu lādiņa absolūtā vērtība.
Kodols sastāv no pozitīvi lādētām elementārdaļiņām – protoniem un bezlādiņa neitroniem.
Pamats modernas idejas Vielas uzbūves pamatā ir apgalvojums par vielas atomu esamību, kas sastāv no pozitīvi lādētiem protoniem un neuzlādētiem neitroniem, kas veido pozitīvi lādētu kodolu, un negatīvi lādētiem elektroniem, kas rotē ap kodolu. Elektronu enerģijas līmeņi saskaņā ar šo teoriju pēc būtības ir diskrēti, un papildu enerģijas zudums vai iegūšana ar tiem tiek uzskatīta par pāreju no viena atļautā enerģijas līmeņa uz citu. Šajā gadījumā elektronisko enerģijas līmeņu diskrētais raksturs izraisa tādu pašu diskrētu enerģijas absorbciju vai emisiju no elektrona, pārejot no viena enerģijas līmeņa uz citu.
Mēs pieņēmām, ka atoma vai molekulas lādiņu pilnībā nosaka skalārā summa q Z (q Nqn, kur Z ir elektronu-protonu pāru skaits, (q qp - qe ir starpība starp elektrona un a lādiņiem). protons, A ir neitronu skaits, un qn ir neitrona lādiņš.
Kodola lādiņu nosaka tikai protonu skaits Z, un tā masas skaitlis A sakrīt ar kopējo protonu un neitronu skaitu. Tā kā neitrona lādiņš ir nulle, saskaņā ar Kulona likumu starp diviem neitroniem vai starp protonu un neitronu nav elektriskās mijiedarbības. Tajā pašā laikā starp diviem protoniem darbojas elektrisks atgrūšanas spēks.
Turklāt mērījumu precizitātes robežās nekad nav fiksēts neviens sadursmes process, kurā nebūtu ievērots lādiņa nezūdamības likums. Piemēram, neitronu neelastība vienmērīgos elektriskajos laukos ļauj uzskatīt neitrona lādiņu par vienādu ar nulli ar precizitāti 1 (H7 no elektrona lādiņa.
Mēs jau teicām, ka protona magnētiskā momenta atšķirība no viena kodola magnetona ir pārsteidzošs rezultāts. Vēl pārsteidzošāk (Šķiet, ka neitronā ir magnētisks moments, kuram nav lādiņa.
Ir viegli pārbaudīt, vai šos spēkus nevar reducēt uz kādu no spēku veidiem, kas tika apspriesti iepriekšējās fizikas kursa daļās. Faktiski, ja pieņemam, piemēram, ka gravitācijas spēki darbojas starp nukleoniem kodolos, tad no zināmajām protonu un neitronu masām ir viegli aprēķināt, ka saistīšanās enerģija uz vienu daļiņu būs niecīga – tā būs 1036 reizes mazāka. nekā eksperimentāli novērotais. Pazūd arī pieņēmums par kodolspēku elektrisko raksturu. Patiešām, šajā gadījumā nav iespējams iedomāties stabilu kodolu, kas sastāv no viena uzlādēta protona un bez neitronu lādiņa.
Spēcīgā saite, kas pastāv starp nukleoniem kodolā, norāda uz īpašu, tā saukto kodolspēku klātbūtni atomu kodolos. Ir viegli pārbaudīt, vai šos spēkus nevar reducēt uz kādu no spēku veidiem, kas tika apspriesti iepriekšējās fizikas kursa daļās. Faktiski, ja pieņemam, piemēram, ka gravitācijas spēki darbojas starp nukleoniem kodolos, tad no zināmajām protonu un neitronu masām ir viegli aprēķināt, ka saistīšanās enerģija uz vienu daļiņu būs niecīga – tā būs 1038 reizes mazāka. nekā eksperimentāli novērotais. Pazūd arī pieņēmums par kodolspēku elektrisko raksturu. Patiešām, šajā gadījumā nav iespējams iedomāties stabilu kodolu, kas sastāv no viena uzlādēta protona un bez neitronu lādiņa.
Kas ir neitrons? Kāda ir tā struktūra, īpašības un funkcijas? Neitroni ir lielākās daļiņas, kas veido atomus, visu vielu celtniecības bloki.
Atomu struktūra
Neitroni ir atrodami kodolā, blīvā atoma apgabalā, kas arī piepildīts ar protoniem (pozitīvi lādētām daļiņām). Šos divus elementus satur kopā spēks, ko sauc par kodolu. Neitroniem ir neitrāls lādiņš. Protona pozitīvais lādiņš tiek saskaņots ar elektrona negatīvo lādiņu, lai izveidotu neitrālu atomu. Pat ja neitroni kodolā neietekmē atoma lādiņu, tiem joprojām ir daudzas īpašības, kas ietekmē atomu, tostarp radioaktivitātes līmenis.
Neitroni, izotopi un radioaktivitāte
Daļiņa, kas atrodas atoma kodolā, ir neitrons, kas ir par 0,2% lielāks par protonu. Kopā tie veido 99,99% no viena un tā paša elementa kopējās masas, un tiem var būt atšķirīgs neitronu skaits. Kad zinātnieki atsaucas uz atomu masu, viņi domā vidējo atomu masu. Piemēram, ogleklim parasti ir 6 neitroni un 6 protoni ar atomu masu 12, bet dažreiz tas ir atrodams ar atomu masu 13 (6 protoni un 7 neitroni). Ir arī ogleklis ar atomu skaitu 14, taču tas ir reti sastopams. Tātad, atomu masa oglekļa vidējiem rādītājiem līdz 12.011.
Ja atomos ir atšķirīgs neitronu skaits, tos sauc par izotopiem. Zinātnieki ir atraduši veidus, kā šīs daļiņas pievienot kodolam, lai radītu lielākus izotopus. Tagad neitronu pievienošana neietekmē atoma lādiņu, jo tiem nav lādiņa. Tomēr tie palielina atoma radioaktivitāti. Tas var izraisīt ļoti nestabilus atomus, kas var izlādēties augstu līmeni enerģiju.
Kas ir kodols?
Ķīmijā kodols ir pozitīvi lādēts atoma centrs, kas sastāv no protoniem un neitroniem. Vārds "kodolu" nāk no latīņu kodola, kas ir vārda forma, kas nozīmē "rieksts" vai "kodolis". Šo terminu 1844. gadā ieviesa Maikls Faradejs, lai aprakstītu atoma centru. Zinātnes, kas saistītas ar kodola izpēti, tā sastāva un īpašību izpēti, sauc par kodolfiziku un kodolķīmiju.
Protonus un neitronus satur kopā spēcīgais kodolspēks. Elektroni tiek piesaistīti kodolam, bet pārvietojas tik ātri, ka to rotācija notiek zināmā attālumā no atoma centra. Kodollādiņš ar plus zīmi nāk no protoniem, bet kas ir neitrons? Šī ir daļiņa, kurai nav elektriskā lādiņa. Gandrīz viss atoma svars ir ietverts kodolā, jo protoniem un neitroniem ir daudz lielāka masa nekā elektroniem. Protonu skaits atoma kodolā nosaka tā kā elementa identitāti. Neitronu skaits norāda, kurš elementa izotops ir atoms.
Atomu kodola izmērs
Kodols ir daudz mazāks par atoma kopējo diametru, jo elektroni var atrasties tālāk no centra. Ūdeņraža atoms ir 145 000 reižu lielāks par tā kodolu, un urāna atoms ir 23 000 reižu lielāks par tā centru. Ūdeņraža kodols ir mazākais, jo tas sastāv no viena protona.
Protonu un neitronu izvietojums kodolā
Protons un neitroni parasti tiek attēloti kā iesaiņoti kopā un vienmērīgi sadalīti sfērās. Tomēr tas ir faktiskās struktūras vienkāršojums. Katrs nuklons (protons vai neitrons) var aizņemt noteiktu enerģijas līmeni un vietu diapazonu. Lai gan kodols var būt sfērisks, tas var būt arī bumbierveida, sfērisks vai diska formas.
Protonu un neitronu kodoli ir barioni, kas sastāv no mazākajiem kodoliem, ko sauc par kvarkiem. Pievilcības spēkam ir ļoti mazs diapazons, tāpēc protoniem un neitroniem jābūt ļoti tuvu viens otram, lai tie būtu saistīti. Šī spēcīgā pievilcība pārvar lādētu protonu dabisko atgrūšanu.
Protons, neitrons un elektrons
Spēcīgs stimuls tādas zinātnes attīstībā kā kodolfizika, bija neitrona atklāšana (1932). Mums par to jāpateicas angļu fiziķim, kurš bija Raterforda students. Kas ir neitrons? Šī ir nestabila daļiņa, kas brīvā stāvoklī var sadalīties protonā, elektronā un neitrīno, tā sauktajā bezmasas neitrālajā daļiņā, tikai 15 minūtēs.
Daļiņa iegūst savu nosaukumu, jo tai nav elektriskā lādiņa, tā ir neitrāla. Neitroni ir ārkārtīgi blīvi. Izolētā stāvoklī viena neitrona masa būs tikai 1,67·10–27, un, ja paņemat tējkaroti, kas ir blīvi pildīta ar neitroniem, iegūtais vielas gabals svērs miljoniem tonnu.
Protonu skaitu elementa kodolā sauc par atomskaitli. Šis skaitlis katram elementam piešķir unikālo identitāti. Dažu elementu atomos, piemēram, oglekļa, protonu skaits kodolos vienmēr ir vienāds, bet neitronu skaits var atšķirties. Dotā elementa atomu ar noteiktu neitronu skaitu kodolā sauc par izotopu.
Vai atsevišķi neitroni ir bīstami?
Kas ir neitrons? Šī ir daļiņa, kas kopā ar protonu ir iekļauta Tomēr dažreiz tās var pastāvēt atsevišķi. Kad neitroni atrodas ārpus atomu kodoliem, tie iegūst potenciālu bīstamas īpašības. Kad tie pārvietojas lielā ātrumā, tie rada nāvējošu starojumu. Tā sauktās neitronu bumbas, kas pazīstamas ar spēju nogalināt cilvēkus un dzīvniekus, tomēr tām ir minimāla ietekme uz nedzīvām fiziskām struktūrām.
Neitroni ir ļoti svarīga atoma daļa. Liels blīvumsŠīs daļiņas apvienojumā ar ātrumu dod tām ārkārtēju iznīcinošu spēku un enerģiju. Tā rezultātā tie var mainīt vai pat saplēst to atomu kodolus, uz kuriem tie saskaras. Lai gan neitronam ir tīrais neitrāls elektriskais lādiņš, tas sastāv no uzlādētiem komponentiem, kas atceļ viens otru attiecībā uz lādiņu.
Neitrons atomā ir niecīga daļiņa. Tāpat kā protoni, tie ir pārāk mazi, lai pat ar tiem varētu redzēt elektronu mikroskops, bet tie ir tur, jo tas ir vienīgais veids, kā izskaidrot atomu uzvedību. Neitroni ir ļoti svarīgi atoma stabilitātei, taču ārpus tā atoma centra tie nevar pastāvēt ilgi un sadalās vidēji tikai 885 sekundēs (apmēram 15 minūtēs).
Parunāsim par to, kā atrast protonus, neitronus un elektronus. Atomā ir trīs veidu elementārdaļiņas, katrai no tām ir savs elementārais lādiņš un masa.
Pamata struktūra
Lai saprastu, kā atrast protonus, neitronus un elektronus, iedomājieties, ka tā ir atoma galvenā daļa. Kodola iekšpusē ir protoni un neitroni, ko sauc par nukleoniem. Kodola iekšpusē šīs daļiņas var pārveidoties viena par otru.
Piemēram, lai vienā atrastu protonus, neitronus un elektronus, ir jāzina tā sērijas numurs. Ņemot vērā, ka tieši šis elements vada periodiskā tabula, tad tā kodols satur vienu protonu.
Atomu kodola diametrs ir desmit tūkstošdaļas no kopējā atoma lieluma. Tas satur lielāko daļu no visa atoma. Kodola masa ir tūkstošiem reižu lielāka par visu atomā esošo elektronu summu.
Daļiņu īpašības
Apskatīsim, kā atomā atrast protonus, neitronus un elektronus, un uzzināsim par to īpašībām. Protons ir tas, kas atbilst ūdeņraža atoma kodolam. Tā masa pārsniedz elektronu 1836 reizes. Lai noteiktu elektroenerģijas vienību, kas iet caur vadītāju ar noteiktu šķērsgriezumu, tiek izmantots elektriskais lādiņš.
Katra atoma kodolā ir noteikts skaits protonu. Tā ir nemainīga vērtība un raksturo ķīmisko un fizikālās īpašībasšī elementa.
Kā oglekļa atomā atrast protonus, neitronus un elektronus? Šī ķīmiskā elementa atomu skaits ir 6, tāpēc kodolā ir seši protoni. Saskaņā ar planētu sistēmu seši elektroni pārvietojas orbītā ap kodolu. Lai noteiktu neitronu skaitu no oglekļa vērtības (12), mēs atņemam protonu skaitu (6), mēs iegūstam sešus neitronus.
Dzelzs atomam protonu skaits atbilst 26, tas ir, šim elementam ir 26. atomskaitlis periodiskajā tabulā.
Neitrons ir elektriski neitrāla daļiņa, nestabila brīvā stāvoklī. Neitrons var spontāni pārveidoties par pozitīvi lādētu protonu, izstarot antineitrīnu un elektronu. Tās vidējais pusperiods ir 12 minūtes. Masas skaitlis ir kopējais protonu un neitronu skaits atoma kodolā. Mēģināsim izdomāt, kā jonā atrast protonus, neitronus un elektronus? Ja atoms laikā ķīmiskā mijiedarbība ar citu elementu iegūst pozitīvu oksidācijas stāvokli, protonu un neitronu skaits tajā nemainās, tikai elektronu kļūst mazāk.
Secinājums
Bija vairākas teorijas par atoma struktūru, taču neviena no tām nebija dzīvotspējīga. Pirms Rezerforda radītās versijas nebija detalizēts skaidrojums par protonu un neitronu atrašanās vietu kodola iekšienē, kā arī par elektronu rotāciju riņķveida orbītās. Pēc atoma planetārās uzbūves teorijas rašanās pētniekiem bija iespēja ne tikai noteikt elementārdaļiņu skaitu atomā, bet arī paredzēt konkrēta ķīmiskā elementa fizikālās un ķīmiskās īpašības.
→Daudzi no skolas laikiem labi zina, ka visas vielas sastāv no atomiem. Atomi, savukārt, sastāv no protoniem un neitroniem, kas veido atomu un elektronu kodolu, kas atrodas kādā attālumā no kodola. Daudzi arī dzirdējuši, ka gaisma sastāv arī no daļiņām – fotoniem. Tomēr daļiņu pasaule ar to neaprobežojas. Līdz šim ir zināmas vairāk nekā 400 dažādas elementārdaļiņas. Mēģināsim saprast, kā elementārdaļiņas atšķiras viena no otras.
Ir daudz parametru, pēc kuriem elementārdaļiņas var atšķirt vienu no otras:
- Svars.
- Elektriskais lādiņš.
- Mūžs. Gandrīz visām elementārdaļiņām ir ierobežots kalpošanas laiks, pēc kura tās sadalās.
- Spin. To ļoti aptuveni var uzskatīt par rotācijas momentu.
Vēl daži parametri vai kā tos parasti sauc kvantu skaitļu zinātnē. Šiem parametriem ne vienmēr ir skaidra fiziska nozīme, bet tie ir nepieciešami, lai atšķirtu dažas daļiņas no citām. Visi šie papildu parametri tiek ieviesti kā daži daudzumi, kas tiek saglabāti mijiedarbībā.
Gandrīz visām daļiņām ir masa, izņemot fotonus un neitrīno (saskaņā ar jaunākajiem datiem neitrīno masa ir, bet tik maza, ka to bieži uzskata par nulli). Bez masas daļiņas var pastāvēt tikai kustībā. Visām daļiņām ir atšķirīga masa. Elektronam ir vismazākā masa, neskaitot neitrīno. Daļiņām, ko sauc par mezoniem, ir 300-400 reižu lielāka masa nekā elektrona masa, protons un neitrons ir gandrīz 2000 reižu smagāki par elektronu. Tagad ir atklātas daļiņas, kas ir gandrīz 100 reizes smagākas par protonu. Masa (vai tās enerģijas ekvivalents saskaņā ar Einšteina formulu:
tiek saglabāta visās elementārdaļiņu mijiedarbībās.
Ne visām daļiņām ir elektriskais lādiņš, kas nozīmē, ka ne visas daļiņas spēj piedalīties elektromagnētiskajā mijiedarbībā. Visām brīvi esošajām daļiņām ir elektriskais lādiņš, kas ir daudzkārtējs elektronu lādiņam. Papildus brīvi esošām daļiņām ir arī daļiņas, kas ir tikai saistītā stāvoklī, par tām mēs runāsim nedaudz vēlāk.
Spins, tāpat kā citi kvantu skaitļi, dažādām daļiņām ir atšķirīgs un raksturo to unikalitāti. Daži kvantu skaitļi tiek saglabāti dažās mijiedarbībās, daži citās. Visi šie kvantu skaitļi nosaka, kuras daļiņas ar kurām un kā mijiedarbojas. 
Dzīves laiks arī ir ļoti svarīga īpašība daļiņas, un mēs to apsvērsim sīkāk. Sāksim ar piezīmi. Kā jau teicām raksta sākumā, viss, kas mūs ieskauj, sastāv no atomiem (elektroniem, protoniem un neitroniem) un gaismas (fotoniem). Kur tad vēl simtiem? dažādi veidi elementārdaļiņas. Atbilde ir vienkārša – visur mums apkārt, bet mēs to nepamanām divu iemeslu dēļ.
Pirmais no tiem ir tāds, ka gandrīz visas pārējās daļiņas dzīvo ļoti īsi, aptuveni 10 līdz mīnus 10 sekundes vai mazāk, un tāpēc neveido tādas struktūras kā atomi, kristāla režģi utt. Otrs iemesls attiecas uz neitrīniem; lai gan šīs daļiņas nesadalās, tās ir pakļautas tikai vājai un gravitācijas mijiedarbībai. Tas nozīmē, ka šīs daļiņas mijiedarbojas tik maz, ka tās ir gandrīz neiespējami atklāt.
Ļaujiet mums vizualizēt, cik labi daļiņa mijiedarbojas. Piemēram, elektronu plūsmu var apturēt ar diezgan plānu tērauda loksni, kas ir aptuveni daži milimetri. Tas notiks tāpēc, ka elektroni nekavējoties sāks mijiedarboties ar tērauda loksnes daļiņām, krasi mainīs virzienu, izstaros fotonus un līdz ar to diezgan ātri zaudēs enerģiju. Neitrīno plūsmas gadījumā tas tā nav; tie var iziet cauri Zemei gandrīz bez mijiedarbības. Un tāpēc tos ir ļoti grūti atklāt.
Tātad lielākā daļa daļiņu dzīvo ļoti īsu laiku, pēc tam tas sadalās. Daļiņu sabrukšana ir visizplatītākās reakcijas. Sabrukšanas rezultātā viena daļiņa sadalās vairākās citās mazākas masas, un tās, savukārt, sadalās tālāk. Visi sabrukumi pakļaujas noteiktiem noteikumiem - saglabāšanas likumiem. Tātad, piemēram, sabrukšanas rezultātā ir jāsaglabā elektriskais lādiņš, masa, spins un vairāki citi kvantu skaitļi. Daži kvantu skaitļi var mainīties sabrukšanas laikā, bet arī saskaņā ar noteiktiem noteikumiem. Tieši sabrukšanas noteikumi mums saka, ka elektrons un protons ir stabilas daļiņas. Viņi vairs nevar sabrukt, ievērojot sabrukšanas noteikumus, un tāpēc tie ir tie, kas pārtrauc sabrukšanas ķēdes.
Šeit es gribētu teikt dažus vārdus par neitronu. Arī brīvais neitrons aptuveni 15 minūšu laikā sadalās par protonu un elektronu. Tomēr tas nenotiek, ja neitrons atrodas atoma kodolā. Šo faktu var izskaidrot Dažādi ceļi. Piemēram, kad atoma kodolā parādās elektrons un papildu protons no trūdoša neitrona, uzreiz notiek reversā reakcija – viens no protoniem absorbē elektronu un pārvēršas par neitronu. Šo attēlu sauc par dinamisko līdzsvaru. Tas tika novērots Visumā gada agrīnā stadijā tās attīstība neilgi pēc lielā sprādziena.
Papildus sabrukšanas reakcijām pastāv arī izkliedes reakcijas - kad divas vai vairākas daļiņas mijiedarbojas vienlaicīgi, un rezultātā tiek iegūta viena vai vairākas citas daļiņas. Ir arī absorbcijas reakcijas, kad divas vai vairākas daļiņas rada vienu. Visas reakcijas notiek spēcīgas vājas vai elektromagnētiskas mijiedarbības rezultātā. Reakcijas spēcīgas mijiedarbības dēļ ir visātrākās, šādas reakcijas laiks var sasniegt 10 mīnus 20 sekundes. Elektromagnētiskās mijiedarbības rezultātā notiekošo reakciju ātrums ir mazāks, šeit laiks var būt aptuveni 10 mīnus 8 sekundes. Vājai mijiedarbības reakcijai laiks var sasniegt desmitiem sekunžu un dažreiz pat gadus.
Stāsta par daļiņām beigās parunāsim par kvarkiem. Kvarki ir elementārdaļiņas, kuru elektriskais lādiņš ir daudzkārtējs trešdaļai no elektrona lādiņa un kas nevar pastāvēt brīvā stāvoklī. Viņu mijiedarbība ir sakārtota tā, ka viņi var dzīvot tikai kā daļa no kaut kā. Piemēram, trīs noteikta veida kvarku kombinācija veido protonu. Cita kombinācija rada neitronu. Pavisam zināmi 6 kvarki. To dažādās kombinācijas dod mums dažādas daļiņas, un, lai gan ne visas kvarku kombinācijas pieļauj fizikālie likumi, ir diezgan daudz daļiņu, kas sastāv no kvarkiem.
Šeit var rasties jautājums: kā protonu var saukt par elementāru, ja tas sastāv no kvarkiem? Tas ir ļoti vienkārši - protons ir elementārs, jo to nevar sadalīt tā sastāvdaļās - kvarkos. Visas daļiņas, kas piedalās spēcīgajā mijiedarbībā, sastāv no kvarkiem un tajā pašā laikā ir elementāras.
Izpratne par elementārdaļiņu mijiedarbību ir ļoti svarīga, lai izprastu Visuma uzbūvi. Viss, kas notiek ar makroķermeņiem, ir daļiņu mijiedarbības rezultāts. Tā ir daļiņu mijiedarbība, kas raksturo koku augšanu uz zemes, reakcijas zvaigžņu iekšienē, neitronu zvaigžņu starojumu un daudz ko citu.
| Varbūtības un kvantu mehānika | > |
Notiek ielāde...