สามารถจินตนาการอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอมได้หลายวิธี เช่น ในรูปอนุภาคฝุ่นทรงกลม พวกมันมีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถพิจารณาแยกฝุ่นแต่ละเม็ดได้ สสารทั้งหมดที่อยู่ในโลกโดยรอบประกอบด้วยอนุภาคดังกล่าว อนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอมคืออะไร
คำจำกัดความ
อนุภาคอะตอมเป็นหนึ่งใน "อิฐ" ที่สร้างโลกทั้งใบ อนุภาคเหล่านี้รวมถึงโปรตอนและนิวตรอน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอม อิเล็กตรอนที่หมุนรอบนิวเคลียสก็อยู่ในหมวดหมู่นี้เช่นกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งอนุภาคย่อยในฟิสิกส์คือโปรตอน นิวตรอนและอิเล็กตรอน ในโลกที่มนุษย์คุ้นเคยตามกฎแล้วไม่พบอนุภาคชนิดอื่น - พวกมันมีอายุสั้นผิดปกติ เมื่ออายุหมด มันก็จะสลายเป็นอนุภาคธรรมดา
จำนวนอนุภาคย่อยที่มีชีวิตค่อนข้างสั้น วันนี้มีเป็นร้อย จำนวนของพวกเขามากจนนักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ใช้ชื่อปกติสำหรับพวกเขาอีกต่อไป เช่นเดียวกับดวงดาว พวกเขามักจะถูกกำหนดให้เป็นตัวเลขและตัวอักษร
คุณสมบัติหลัก
สปิน ประจุไฟฟ้า และมวลเป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของอนุภาคใต้อะตอมใดๆ เนื่องจากน้ำหนักของอนุภาคมักเกี่ยวข้องกับมวล อนุภาคบางตัวจึงถูกเรียกว่า "หนัก" ตามธรรมเนียม สมการของไอน์สไตน์ (E=mc2) ระบุว่ามวลของอนุภาคย่อยของอะตอมขึ้นอยู่กับพลังงานและความเร็วโดยตรง สำหรับประจุไฟฟ้านั้นเป็นหน่วยพื้นฐานหลายเท่าเสมอ ตัวอย่างเช่น ถ้าประจุของโปรตอนคือ +1 ประจุของอิเล็กตรอนจะเป็น -1 อย่างไรก็ตาม อนุภาคย่อยบางส่วน เช่น โฟตอนหรือนิวตริโน ไม่มีประจุไฟฟ้าเลย
ลักษณะพิเศษที่สำคัญคืออายุการใช้งานของอนุภาค ไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่าอิเล็กตรอน โฟตอน รวมทั้งนิวตริโนและโปรตอนมีความเสถียรอย่างสมบูรณ์ และอายุขัยของอิเล็กตรอนนั้นแทบจะไม่มีที่สิ้นสุด อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่เป็นความจริงเลย ตัวอย่างเช่น นิวตรอนจะคงความเสถียรจนกระทั่ง "ถูกปลดปล่อย" จากนิวเคลียสของอะตอมเท่านั้น หลังจากนั้น อายุการใช้งานเฉลี่ย 15 นาที อนุภาคที่ไม่เสถียรทั้งหมดต้องผ่านกระบวนการสลายด้วยควอนตัมที่ไม่สามารถคาดเดาได้อย่างสมบูรณ์
วิจัยอนุภาค
อะตอมนั้นแบ่งแยกไม่ได้จนกว่าจะค้นพบโครงสร้าง ราวหนึ่งศตวรรษก่อน รัทเทอร์ฟอร์ดทำการทดลองที่มีชื่อเสียง ซึ่งประกอบด้วยการทิ้งระเบิดด้วยอนุภาคแอลฟาบนแผ่นบางๆ ปรากฎว่าอะตอมของสสารว่างเปล่าจริง และในใจกลางของอะตอมคือทั้งหมดที่เราเรียกว่านิวเคลียสของอะตอม - มันเล็กกว่าอะตอมประมาณพันเท่า ในเวลานั้นนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าอะตอมประกอบด้วยอนุภาคสองประเภท - นิวเคลียสและอิเล็กตรอน
เมื่อเวลาผ่านไป นักวิทยาศาสตร์มีคำถามว่า ทำไมโปรตอน อิเล็กตรอน และโพซิตรอนถึงเกาะติดกันและไม่แตกตัวในทิศทางต่างๆ ภายใต้อิทธิพลของกองกำลังคูลอมบ์ และสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นก็ยังไม่ชัดเจน: หากอนุภาคเหล่านี้เป็นอนุภาคมูลฐาน ก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้นกับพวกมันได้ และพวกมันจะต้องมีชีวิตอยู่ตลอดไป
ด้วยการพัฒนาของฟิสิกส์ควอนตัม นักวิจัยพบว่านิวตรอนอาจมีการสลายตัวและในขณะเดียวกันก็ค่อนข้างเร็ว มันสลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และสิ่งอื่นที่ไม่สามารถจับได้ หลังถูกสังเกตเห็นโดยการขาดพลังงาน จากนั้นนักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่ารายชื่ออนุภาคมูลฐานหมดลงแล้ว แต่ตอนนี้เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าสิ่งนี้อยู่ไกลจากกรณี มีการค้นพบอนุภาคใหม่ที่เรียกว่านิวทริโน ไม่มีประจุไฟฟ้าและมีมวลน้อยมาก
นิวตรอน
นิวตรอนเป็นอนุภาคย่อยที่มีประจุไฟฟ้าเป็นกลาง มวลของมันมีมวลเกือบ 2,000 เท่าของมวลอิเล็กตรอน เนื่องจากนิวตรอนอยู่ในกลุ่มอนุภาคที่เป็นกลาง พวกมันจึงมีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับนิวเคลียสของอะตอม ไม่ใช่กับเปลือกอิเล็กตรอนของพวกมัน นิวตรอนยังมีโมเมนต์แม่เหล็กที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสำรวจโครงสร้างแม่เหล็กด้วยกล้องจุลทรรศน์ของสสารได้ รังสีนิวตรอนไม่เป็นอันตรายแม้แต่กับสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยา
อนุภาคของอะตอม – โปรตอน
นักวิทยาศาสตร์พบว่าสิ่งเหล่านี้"อิฐของสสาร" ประกอบด้วยสามควาร์ก โปรตอนเป็นอนุภาคที่มีประจุบวก มวลของโปรตอนเกินมวลของอิเล็กตรอนถึง 1836 เท่า โปรตอนหนึ่งตัวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัวรวมกันเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ง่ายที่สุด นั่นคืออะตอมของไฮโดรเจน จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ เชื่อกันว่าโปรตอนไม่สามารถเปลี่ยนรัศมีของพวกมันได้ขึ้นอยู่กับว่าอิเล็กตรอนโคจรอยู่เหนือพวกมัน โปรตอนเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า เมื่อเชื่อมต่อกับอิเล็กตรอนแล้วจะกลายเป็นนิวตรอน
อิเล็กตรอน
อิเล็กตรอนถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ J. Thomson ในปี 1897 อนุภาคนี้ ซึ่งตอนนี้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเป็นวัตถุพื้นฐานหรือจุด นี่คือชื่อของอนุภาคย่อยในอะตอมซึ่งไม่มีโครงสร้างของตัวเอง - ไม่ประกอบด้วยส่วนประกอบอื่นที่มีขนาดเล็กกว่า เมื่อรวมกับโปรตอนและนิวตรอน อิเล็กตรอนจะก่อตัวเป็นอะตอม ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ทราบว่าอนุภาคนี้ประกอบด้วยอะไร อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเพียงเล็กน้อย คำว่า "อิเล็กตรอน" ในการแปลจากภาษากรีกโบราณหมายถึง "อำพัน" - นักวิทยาศาสตร์ของเฮลลาสใช้อำพันเพื่อตรวจสอบปรากฏการณ์ของกระแสไฟฟ้า คำนี้เสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษในปี 1894 J. Stoney
ทำไมต้องเรียนอนุภาคมูลฐาน
คำตอบที่ง่ายที่สุดสำหรับคำถามที่ว่าทำไมนักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับอนุภาคย่อยของอะตอมคือการมีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างภายในของอะตอม อย่างไรก็ตาม ข้อความนี้มีเพียงเศษเสี้ยวของความจริง ที่อันที่จริง นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้ศึกษาแค่โครงสร้างภายในของอะตอมเท่านั้น - สาขาวิชาหลักของการวิจัยคือการชนกันของอนุภาคที่เล็กที่สุดของสสาร เมื่ออนุภาคที่มีพลังมหาศาลเหล่านี้ชนกันด้วยความเร็วสูง โลกใหม่ก็ถือกำเนิดขึ้นอย่างแท้จริง และเศษของสสารที่เหลือหลังจากการชนกันจะช่วยไขความลึกลับของธรรมชาติที่ยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์อยู่เสมอ