يمكن تخيل الجسيمات التي تتكون منها الذرات بطرق مختلفة - على سبيل المثال ، في شكل جزيئات غبار مستديرة. إنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اعتبار كل حبة غبار على حدة. كل ما هو موجود في العالم المحيط يتكون من هذه الجسيمات. ما هي الجسيمات التي تتكون منها الذرات؟
التعريف
الجسيمات دون الذرية هي واحدة من تلك "الطوب" التي بُني منها العالم بأسره. تشمل هذه الجسيمات البروتونات والنيوترونات ، وهي جزء من نوى الذرة. تنتمي الإلكترونات التي تدور حول النوى أيضًا إلى هذه الفئة. بعبارة أخرى ، الجسيمات دون الذرية في الفيزياء هي البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. في العالم المألوف للإنسان ، كقاعدة عامة ، لا توجد جزيئات من نوع آخر - فهي تعيش قصيرة بشكل غير عادي. عندما ينتهي عمرها ، فإنها تتحلل إلى جزيئات عادية.
عدد تلك الجسيمات دون الذرية التي تعيش قصيرة نسبيًا ، اليوم بالمئات. عددهم كبير لدرجة أن العلماء لم يعودوا يستخدمون الأسماء المعتادة لهم. مثل النجوم ، غالبًا ما يتم تعيين تسميات رقمية وأبجدية لها.
الميزات الرئيسية
الدوران والشحنة الكهربائية والكتلة من بين أهم خصائص أي جسيم دون ذري. نظرًا لأن وزن الجسيم غالبًا ما يرتبط بالكتلة ، فإن بعض الجسيمات تسمى تقليديًا "ثقيلة". تشير معادلة أينشتاين (E=mc2) إلى أن كتلة الجسيم دون الذري تعتمد بشكل مباشر على طاقته وسرعته. بالنسبة للشحنة الكهربائية ، فهي دائمًا من مضاعفات الوحدة الأساسية. على سبيل المثال ، إذا كانت شحنة البروتون +1 ، فإن شحنة الإلكترون هي -1. ومع ذلك ، فإن بعض الجسيمات دون الذرية ، مثل الفوتون أو النيوترينو ، ليس لها شحنة كهربائية على الإطلاق.
أيضًا ، السمة المهمة هي عمر الجسيم. في الآونة الأخيرة ، كان العلماء واثقين من أن الإلكترونات ، والفوتونات ، وكذلك النيوترينوات والبروتونات مستقرة تمامًا ، وعمرها لا نهائي تقريبًا. ومع ذلك ، هذا ليس صحيحا تماما. فالنيوترون ، على سبيل المثال ، يظل مستقراً فقط حتى "يتحرر" من نواة الذرة. بعد ذلك ، يبلغ متوسط عمرها 15 دقيقة. تخضع جميع الجسيمات غير المستقرة لعملية اضمحلال كمي لا يمكن توقعها تمامًا.
أبحاث الجسيمات
كانت الذرة تعتبر غير قابلة للتجزئة حتى تم اكتشاف هيكلها. منذ حوالي قرن من الزمان ، أجرى رذرفورد تجاربه الشهيرة ، والتي تتمثل في قصف صفيحة رقيقة بتيار من جسيمات ألفا. اتضح أن ذرات المادة فارغة عمليا. وفي وسط الذرة يوجد كل ما نسميه نواة الذرة - هيحوالي ألف مرة أصغر من الذرة نفسها. في ذلك الوقت ، اعتقد العلماء أن الذرة تتكون من نوعين من الجسيمات - النواة والإلكترونات.
مع مرور الوقت ، لدى العلماء سؤال: لماذا يلتصق البروتون والإلكترون والبوزيترون معًا ولا يتفكك في اتجاهات مختلفة تحت تأثير قوى كولوم؟ وأيضًا بالنسبة للعلماء في ذلك الوقت ، ظل الأمر غير واضح: إذا كانت هذه الجسيمات أولية ، فلا شيء يمكن أن يحدث لها ، ويجب أن تعيش إلى الأبد.
مع تطور فيزياء الكم ، وجد الباحثون أن النيوترون عرضة للاضمحلال ، وفي نفس الوقت سريع جدًا. يتحلل إلى بروتون وإلكترون وشيء آخر لا يمكن اكتشافه. وقد لوحظ هذا الأخير من خلال نقص الطاقة. ثم افترض العلماء أن قائمة الجسيمات الأولية قد استنفدت ، ولكن من المعروف الآن أن هذا بعيد كل البعد عن الواقع. تم اكتشاف جسيم جديد يسمى النيوترينو. لا تحمل أي شحنة كهربائية ولها كتلة منخفضة للغاية.
نيوترون
النيوترون هو جسيم دون ذري له شحنة كهربائية متعادلة. تبلغ كتلته ما يقرب من 2000 ضعف كتلة الإلكترون. نظرًا لأن النيوترونات تنتمي إلى فئة الجسيمات المحايدة ، فإنها تتفاعل مباشرة مع نوى الذرات ، وليس مع قذائفها الإلكترونية. تتمتع النيوترونات أيضًا بلحظة مغناطيسية تسمح للعلماء باستكشاف التركيب المغناطيسي للمادة. إشعاع النيوترون غير ضار حتى للكائنات الحية.
جسيم دون ذري - بروتون
وجد العلماء أن هذهتتكون "لبنات المادة" من ثلاثة كواركات. البروتون هو جسيم موجب الشحنة. كتلة البروتون تتجاوز كتلة الإلكترون بمقدار 1836 مرة. يتحد بروتون واحد وإلكترون واحد لتشكيل أبسط عنصر كيميائي ، وهو ذرة الهيدروجين. حتى وقت قريب ، كان يُعتقد أن البروتونات لا يمكنها تغيير نصف قطرها اعتمادًا على الإلكترونات التي تدور فوقها. البروتون هو جسيم مشحون كهربائيًا. بالاتصال بإلكترون يتحول إلى نيوترون
إلكترون
تم اكتشاف الإلكترون لأول مرة من قبل الفيزيائي الإنجليزي جيه طومسون في عام 1897. هذا الجسيم ، كما يعتقد العلماء الآن ، هو كائن أولي أو نقطة. هذا هو اسم الجسيم دون الذري في الذرة ، والذي ليس له هيكل خاص به - ولا يتكون من أي مكونات أخرى أصغر. بالاتحاد مع البروتون والنيوترون ، يشكل الإلكترون ذرة. الآن لم يتوصل العلماء بعد إلى ما يتكون منه هذا الجسيم. الإلكترون هو جسيم له شحنة كهربائية متناهية الصغر. كلمة "إلكترون" في الترجمة من اليونانية القديمة تعني "العنبر" - بعد كل شيء ، استخدم علماء هيلاس الكهرمان للتحقيق في ظاهرة الكهرباء. تم اقتراح هذا المصطلح من قبل الفيزيائي البريطاني ج. ستوني في عام 1894.
لماذا دراسة الجسيمات الأولية؟
أبسط إجابة لسؤال لماذا يحتاج العلماء إلى معرفة الجسيمات دون الذرية هي: الحصول على معلومات حول التركيب الداخلي للذرة. ومع ذلك ، فإن هذا البيان يحتوي فقط على ذرة من الحقيقة. فيفي الواقع ، لا يدرس العلماء فقط البنية الداخلية للذرة - فالمجال الرئيسي لأبحاثهم هو اصطدام أصغر جسيمات المادة. عندما تصطدم هذه الجسيمات النشطة للغاية مع بعضها البعض بسرعات عالية ، يولد عالم جديد حرفيًا ، وتساعد شظايا المادة المتبقية بعد الاصطدام في كشف ألغاز الطبيعة التي ظلت دائمًا لغزا للعلماء.
