Các hạt tạo nên nguyên tử có thể được hình dung theo nhiều cách khác nhau - ví dụ: ở dạng các hạt bụi tròn. Chúng quá nhỏ nên không thể xem xét từng hạt bụi như vậy một cách riêng biệt. Tất cả vật chất trong thế giới xung quanh đều bao gồm các hạt như vậy. Các hạt tạo nên nguyên tử là gì?
Định nghĩa
Hạt hạ nguyên tử là một trong những "viên gạch" mà từ đó toàn bộ thế giới được xây dựng. Những hạt này bao gồm proton và neutron, là một phần của hạt nhân nguyên tử. Các electron quay xung quanh hạt nhân cũng thuộc loại này. Nói cách khác, các hạt hạ nguyên tử trong vật lý là proton, neutron và electron. Theo quy luật, trong thế giới quen thuộc với con người, các hạt thuộc loại khác không được tìm thấy - chúng sống ngắn một cách bất thường. Khi tuổi của chúng kết thúc, chúng phân rã thành các hạt bình thường.
Số lượng các hạt hạ nguyên tử sống tương đối ngắn, ngày nay là hàng trăm. Số lượng của chúng lớn đến mức các nhà khoa học không còn sử dụng những cái tên thông thường cho chúng nữa. Giống như các ngôi sao, chúng thường được chỉ định bằng số và chữ cái.
Tính năng chính
Quay, điện tích và khối lượng là một trong những đặc điểm quan trọng nhất của bất kỳ hạt hạ nguyên tử nào. Vì trọng lượng của một hạt thường gắn liền với khối lượng, một số hạt theo truyền thống được gọi là "nặng". Phương trình Einstein (E=mc2) chỉ ra rằng khối lượng của một hạt hạ nguyên tử phụ thuộc trực tiếp vào năng lượng và tốc độ của nó. Đối với điện tích, nó luôn là bội số của đơn vị cơ bản. Ví dụ, nếu điện tích của một proton là +1, thì điện tích của một electron là -1. Tuy nhiên, một số hạt hạ nguyên tử, chẳng hạn như photon hoặc neutrino, hoàn toàn không mang điện.
Ngoài ra, một đặc tính quan trọng là tuổi thọ của hạt. Gần đây, các nhà khoa học đã tin tưởng rằng các electron, photon, cũng như neutrino và proton là hoàn toàn ổn định và thời gian tồn tại của chúng gần như vô hạn. Tuy nhiên, điều này không hoàn toàn đúng. Ví dụ, neutron chỉ ổn định cho đến khi nó được "giải phóng" khỏi hạt nhân của một nguyên tử. Sau đó, thời gian tồn tại của nó trung bình là 15 phút. Tất cả các hạt không ổn định đều trải qua quá trình phân rã lượng tử mà không bao giờ có thể dự đoán được hoàn toàn.
Nghiên cứu hạt
Nguyên tử được coi là không thể phân chia cho đến khi cấu trúc của nó được phát hiện. Khoảng một thế kỷ trước, Rutherford đã thực hiện các thí nghiệm nổi tiếng của mình, bao gồm việc bắn phá một tấm mỏng bằng một dòng hạt alpha. Nó chỉ ra rằng các nguyên tử của vật chất thực tế là trống rỗng. Và ở trung tâm của nguyên tử là tất cả những gì chúng ta gọi là hạt nhân của nguyên tử - nónhỏ hơn khoảng một nghìn lần so với chính nguyên tử. Vào thời điểm đó, các nhà khoa học tin rằng nguyên tử bao gồm hai loại hạt - hạt nhân và electron.
Theo thời gian, các nhà khoa học đặt ra một câu hỏi: tại sao proton, electron và positron lại dính vào nhau và không tách ra theo các hướng khác nhau dưới tác dụng của lực Coulomb? Và đối với các nhà khoa học thời đó, điều đó vẫn chưa rõ ràng: nếu những hạt này là cơ bản, thì không có gì có thể xảy ra với chúng, và chúng phải sống mãi mãi.
Với sự phát triển của vật lý lượng tử, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng neutron có thể bị phân rã, đồng thời khá nhanh. Nó phân rã thành một proton, một electron và một thứ gì đó khác mà không thể bắt được. Sau đó được chú ý bởi sự thiếu hụt năng lượng. Sau đó, các nhà khoa học giả định rằng danh sách các hạt cơ bản đã cạn kiệt, nhưng bây giờ người ta biết rằng điều này còn lâu mới xảy ra. Một hạt mới được gọi là neutrino đã được phát hiện. Nó không mang điện và có khối lượng cực thấp.
Neutron
Nơtron là một hạt hạ nguyên tử có điện tích trung hòa. Khối lượng của nó gần 2.000 lần khối lượng của một electron. Vì neutron thuộc lớp các hạt trung hòa, chúng tương tác trực tiếp với hạt nhân của nguyên tử, chứ không phải với lớp vỏ electron của chúng. Nơtron cũng có một mômen từ cho phép các nhà khoa học khám phá cấu trúc từ vi mô của vật chất. Bức xạ neutron vô hại ngay cả đối với các sinh vật sinh học.
Hạt hạ nguyên tử - proton
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng nhữngCác "viên gạch của vật chất" được tạo thành từ ba hạt quark. Proton là một hạt mang điện tích dương. Khối lượng của proton vượt quá khối lượng của electron 1836 lần. Một proton và một electron kết hợp để tạo thành nguyên tố hóa học đơn giản nhất, nguyên tử hydro. Cho đến gần đây, người ta vẫn tin rằng các proton không thể thay đổi bán kính của chúng tùy thuộc vào quỹ đạo của các electron nào phía trên chúng. Một proton là một hạt mang điện. Kết nối với một electron, nó biến thành một neutron.
Electron
Electron được phát hiện lần đầu tiên bởi nhà vật lý người Anh J. Thomson vào năm 1897. Hạt này, như các nhà khoa học ngày nay tin rằng, là một vật thể cơ bản hoặc điểm. Đây là tên của một hạt hạ nguyên tử trong nguyên tử, không có cấu trúc riêng - không bao gồm bất kỳ thành phần nào khác, nhỏ hơn. Khi kết hợp với một proton và một neutron, một electron tạo thành một nguyên tử. Hiện các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra loại hạt này bao gồm những gì. Electron là một hạt có điện tích vô cực. Từ "electron" trong bản dịch từ tiếng Hy Lạp cổ đại có nghĩa là "hổ phách" - sau cùng, các nhà khoa học của Hellas đã sử dụng hổ phách để nghiên cứu các hiện tượng về điện. Thuật ngữ này được đề xuất bởi nhà vật lý người Anh vào năm 1894, J. Stoney.
Tại sao phải nghiên cứu các hạt cơ bản?
Câu trả lời đơn giản nhất cho câu hỏi tại sao các nhà khoa học cần biết về các hạt hạ nguyên tử là: có thông tin về cấu trúc bên trong của nguyên tử. Tuy nhiên, tuyên bố này chỉ chứa một phần sự thật. TẠITrên thực tế, các nhà khoa học không chỉ nghiên cứu cấu trúc bên trong của nguyên tử - lĩnh vực nghiên cứu chính của họ là sự va chạm của các hạt vật chất nhỏ nhất. Khi những hạt năng lượng cực lớn này va chạm với nhau ở tốc độ cao, một thế giới mới được sinh ra theo đúng nghĩa đen, và những mảnh vật chất còn sót lại sau vụ va chạm giúp làm sáng tỏ những bí ẩn của tự nhiên vẫn luôn là một bí ẩn đối với các nhà khoa học.
