Atomus sudarančios dalelės gali būti įsivaizduojamos įvairiai – pavyzdžiui, apvalių dulkių dalelių pavidalu. Jie yra tokie maži, kad kiekvienas toks dulkių grūdelis negali būti nagrinėjamas atskirai. Visa materija, esanti aplinkiniame pasaulyje, susideda iš tokių dalelių. Kokios dalelės sudaro atomus?
Apibrėžimas
Subatominė dalelė yra viena iš tų „plytų“, iš kurių pastatytas visas pasaulis. Šios dalelės apima protonus ir neutronus, kurie yra atomo branduolių dalis. Šiai kategorijai priklauso ir aplink branduolius besisukantys elektronai. Kitaip tariant, subatominės dalelės fizikoje yra protonai, neutronai ir elektronai. Žmogui pažįstamame pasaulyje, kaip taisyklė, kitos rūšies dalelių nerandama – jos gyvena neįprastai trumpai. Kai baigiasi jų amžius, jie suyra į įprastas daleles.
Šių subatominių dalelių, kurios gyvena palyginti trumpai, skaičius šiandien siekia šimtus. Jų skaičius toks didelis, kad mokslininkai jiems nebevartoja įprastų pavadinimų. Kaip ir žvaigždėms, joms dažnai priskiriami skaitiniai ir abėcėlės ženklai.
Pagrindinės funkcijos
Sukimasis, elektros krūvis ir masė yra vienos iš svarbiausių bet kurios subatominės dalelės savybių. Kadangi dalelės svoris dažnai siejamas su mase, kai kurios dalelės tradiciškai vadinamos „sunkiomis“. Einšteino lygtis (E=mc2) rodo, kad subatominės dalelės masė tiesiogiai priklauso nuo jos energijos ir greičio. Kalbant apie elektros krūvį, jis visada yra pagrindinio vieneto kartotinis. Pavyzdžiui, jei protono krūvis yra +1, tai elektrono krūvis yra -1. Tačiau kai kurios subatominės dalelės, pavyzdžiui, fotonas ar neutrinas, visiškai neturi elektros krūvio.
Be to, svarbi charakteristika yra dalelės tarnavimo laikas. Visai neseniai mokslininkai įsitikino, kad elektronai, fotonai, taip pat neutrinai ir protonai yra visiškai stabilūs, o jų gyvenimo trukmė yra beveik begalinė. Tačiau tai ne visai tiesa. Pavyzdžiui, neutronas išlieka stabilus tik tol, kol „išsilaisvina“iš atomo branduolio. Po to jo tarnavimo laikas yra vidutiniškai 15 minučių. Visos nestabilios dalelės patiria kvantinį skilimo procesą, kuris niekada negali būti visiškai nuspėjamas.
Dalelių tyrimas
Atomas buvo laikomas nedalomu, kol nebuvo atrasta jo struktūra. Maždaug prieš šimtmetį Rutherfordas atliko savo garsiuosius eksperimentus, kurių metu ploną lakštą bombardavo alfa dalelių srautu. Paaiškėjo, kad materijos atomai praktiškai tušti. O atomo centre yra viskas, ką vadiname atomo branduoliu – taimaždaug tūkstantį kartų mažesnis už patį atomą. Tuo metu mokslininkai manė, kad atomą sudaro dviejų tipų dalelės – branduolys ir elektronai.
Bėgant laikui, mokslininkams kyla klausimas: kodėl protonas, elektronas ir pozitronas sulimpa ir neskyla skirtingomis kryptimis veikiami Kulono jėgų? Ir to meto mokslininkams taip pat liko neaišku: jei šios dalelės yra elementarios, tai joms nieko negali atsitikti ir jos turi gyventi amžinai.
Plėtojant kvantinę fiziką, mokslininkai nustatė, kad neutronas yra skilimo objektas ir tuo pat metu gana greitai. Jis skyla į protoną, elektroną ir dar ką nors, ko nepavyko sugauti. Pastarąjį pastebėjo energijos trūkumas. Tada mokslininkai manė, kad elementariųjų dalelių sąrašas yra išnaudotas, tačiau dabar žinoma, kad taip toli gražu. Buvo atrasta nauja dalelė, vadinama neutrinu. Jis neturi elektros krūvio ir turi labai mažą masę.
Neutronas
Neutronas yra subatominė dalelė, turinti neutralų elektros krūvį. Jo masė yra beveik 2000 kartų didesnė už elektrono masę. Kadangi neutronai priklauso neutralių dalelių klasei, jie tiesiogiai sąveikauja su atomų branduoliais, o ne su jų elektronų apvalkalu. Neutronai taip pat turi magnetinį momentą, leidžiantį mokslininkams ištirti mikroskopinę medžiagos magnetinę struktūrą. Neutronų spinduliuotė yra nekenksminga net biologiniams organizmams.
Subatominė dalelė – protonas
Mokslininkai nustatė, kad šie„Materijos plytos“sudarytos iš trijų kvarkų. Protonas yra teigiamai įkrauta dalelė. Protono masė viršija elektrono masę 1836 kartus. Vienas protonas ir vienas elektronas susijungia ir sudaro paprasčiausią cheminį elementą – vandenilio atomą. Dar visai neseniai buvo manoma, kad protonai negali pakeisti savo spindulio priklausomai nuo to, kurie elektronai skrieja virš jų. Protonas yra elektriškai įkrauta dalelė. Susijungęs su elektronu, jis virsta neutronu.
Electron
1897 m. pirmą kartą elektroną atrado anglų fizikas J. Thomsonas. Ši dalelė, kaip dabar mano mokslininkai, yra elementarus arba taškinis objektas. Taip vadinama subatominė dalelė atome, kuri neturi savo struktūros – nesusideda iš jokių kitų, mažesnių komponentų. Susijungęs su protonu ir neutronu, elektronas sudaro atomą. Dabar mokslininkai dar neišsiaiškino, iš ko susideda ši dalelė. Elektronas yra dalelė, turinti be galo mažą elektros krūvį. Pats žodis „elektronas“išvertus iš senovės graikų kalbos reiškia „gintaras“– juk Hellas mokslininkai gintarą naudojo tirdami elektros reiškinius. Šį terminą 1894 m. pasiūlė britų fizikas J. Stoney.
Kam studijuoti elementarias daleles?
Paprasčiausias atsakymas į klausimą, kodėl mokslininkams reikia žinoti apie subatomines daleles, yra toks: turėti informacijos apie vidinę atomo struktūrą. Tačiau šiame teiginyje yra tik dalelė tiesos. ATTiesą sakant, mokslininkai tiria ne tik vidinę atomo sandarą – pagrindinė jų tyrimų sritis yra mažiausių materijos dalelių susidūrimas. Kai šios itin energingos dalelės susiduria viena su kita dideliu greičiu, tiesiogine prasme gimsta naujas pasaulis, o po susidūrimų likusios materijos fragmentai padeda atskleisti gamtos paslaptis, kurios mokslininkams visada liko paslaptimi.
