Матэрыял пра субатамныя часціцы
Мы жывем у свеце, напоўненым цвёрдымі целамі, вадкасцямі і газамі, якія мы бачым кожны дзень. Аднак, калі мы глыбей паглыбімся ў найбольш фундаментальныя структуры матэрыі, мы адкрыем для сябе зусім іншы свет: свет субатамных часціц. Субатамныя часціцы з'яўляюцца асноўнымі будаўнічымі блокамі атамаў і адказваюць за хімічныя і фізічныя ўласцівасці ўсёй матэрыі ў Сусвеце. У гэтым артыкуле мы абмяркуем розныя тыпы субатамных часціц, як яны былі адкрыты і іх ролю ў фарміраванні матэрыі, якую мы ведаем.
Гісторыя адкрыцця субатамных часціц
Адкрыццё субатамных часціц пачалося з адкрыцця электрона Дж. Дж. Томсанам у 1897 годзе. Электроны былі адкрыты з дапамогай эксперыментаў з катоднымі прамянямі, якія паказалі, што атамы не былі непадзельнымі, як раней лічылася ў атамнай тэорыі Джона Дальтона. Гэта адкрыццё праклала шлях для больш складанай атамнай тэорыі.
Пасля адкрыцця электрона навукоўцы пачалі шукаць іншыя часціцы, з якіх складаюцца атамы. У пачатку 20 стагоддзя Эрнэст Рэзерфорд прапанаваў мадэль атама, якая складаецца з шчыльнага ядра, акружанага электронамі, якія круцяцца вакол ядра. У эксперыментах, дзе ён страляў альфа-часціцамі ў тонкую залатую фальгу, Рэзерфорд выявіў, што большасць альфа-часціц праходзілі праз фальгу без зменаў, а некаторыя адбіваліся пад вялікімі вугламі. Гэта сведчыла аб тым, што атамнае ядро было вельмі малым, але мела вялікую масу і станоўчы зарад.
Асноўныя субатамныя часціцы
Увогуле, субатамныя часціцы падзяляюцца на дзве катэгорыі: ферміёны і базоны. Ферміёны — гэта часціцы, якія складаюць матэрыю, а базоны — гэта часціцы, якія выступаюць у якасці носьбітаў сілы.
электрон
Электроны — гэта адмоўна зараджаныя часціцы, якія атачаюць атамнае ядро. Яны вельмі лёгкія ў параўнанні з пратонамі і нейтронамі, іх маса складае ўсяго каля 1/1836 ад масы пратона. Электроны адказваюць за многія хімічныя ўласцівасці атамаў, бо яны ўдзельнічаюць ва ўтварэнні хімічных сувязей і хімічных рэакцый.
Пратон
Пратоны — гэта станоўча зараджаныя часціцы, якія знаходзяцца ў ядры атама. Пратоны маюць масу каля 1.6726 × 10^(-27) кг, што амаль столькі ж, колькі і нейтрон. Колькасць пратонаў у ядры атама вызначае хімічны элемент гэтага атама. Напрыклад, вадарод мае адзін пратон, а гелій — два. Пратоны таксама гуляюць ролю ў вызначэнні атамнага нумара элемента.
нейтрон
Нейтроны — гэта нейтральныя часціцы, якія таксама прысутнічаюць у атамным ядры. Яны маюць масу, вельмі падобную да масы пратонаў. Іх асноўная функцыя — забяспечваць стабільнасць атамнага ядра. Атамы з дысбалансам колькасці нейтронаў і пратонаў могуць стаць радыеактыўнымі і вызваляць радыяцыю ў выніку радыеактыўнага распаду.
Базон: часціца-носьбіт сілы
Базоны — гэта часціцы, якія пераносяць фундаментальныя сілы ў Сусвеце. Існуюць чатыры фундаментальныя сілы: гравітацыя, электрамагнітная сіла, слабая сіла і моцная сіла. Кожная з гэтых фундаментальных сіл мае сваю ўласную часціцу-носьбіт.
фатаграфіі
Фатоны — гэта часціцы, якія пераносяць электрамагнітную сілу. Яны не маюць масы і рухаюцца з хуткасцю святла. Фатоны адказваюць за такія з'явы, як святло, цяпло і іншае электрамагнітнае выпраменьванне.
Глюон
Глюоны — гэта часціцы, якія пераносяць моцную сілу, звязваючы пратоны і нейтроны разам у атамным ядры. Без глюонаў пратоны і нейтроны не змаглі б злучыцца адзін з адным, і атамнае ядро распалася б.
W- і Z-базоны
Базоны W і Z — гэта часціцы, якія з'яўляюцца носьбітамі слабога ўзаемадзеяння. Слабое ўзаемадзеянне адказвае за некаторыя тыпы радыеактыўнага распаду і ядзерных рэакцый, такіх як бэта-распад.
Гравітон (гіпатэтычны)
Гравітон — гэта гіпатэтычная, пакуль неадкрытая часціца, якая нясе сілу гравітацыі. Калі б у гравітацыі сапраўды была часціца-носьбіт, чакалася б, што яна будзе мець нулявую масу і вельмі слаба ўзаемадзейнічае з іншай матэрыяй.
Узаемадзеянне паміж субатамнымі часціцамі
Субатамныя часціцы ўзаемадзейнічаюць праз фундаментальныя сілы, згаданыя раней. Гэтыя ўзаемадзеянні паміж часціцамі ў значнай ступені вызначаюць фізічныя і хімічныя ўласцівасці матэрыі.
Электрамагнітная сіла
Электрамагнітная сіла — гэта ўзаемадзеянне паміж зараджанымі часціцамі, такімі як пратоны і электроны. Гэта сіла, якая адказвае за большасць хімічных і фізічных уласцівасцей, якія мы звычайна назіраем.
Моцная сіла
Моцная сіла — гэта сіла, якая звязвае пратоны і нейтроны ў атамным ядры. Гэта самая магутная сіла ў Сусвеце, але яна дзейнічае толькі на вельмі кароткіх адлегласцях.
Слабая сіла
Слабае ўзаемадзеянне ўдзельнічае ў радыеактыўным распадзе і некаторых іншых ядзерных рэакцыях. Нягледзячы на сваю назву, яно ўсё яшчэ адыгрывае жыццёва важную ролю ў Сусвеце.
Гравітацыйная сіла
Гравітацыя — гэта сіла, якая прыцягвае дзве часціцы масы адна да адной. Нягледзячы на тое, што гравітацыя вельмі слабая сіла ў параўнанні з трыма іншымі, яна адыгрывае значную ролю ў вялікіх маштабах, такіх як планеты, зоркі і галактыкі.
Квантавая механіка і субатамныя часціцы
Квантавая механіка — гэта раздзел фізікі, які тлумачыць паводзіны субатамных часціц. У адрозненне ад класічнай фізікі, квантавая механіка паказвае, што субатамныя часціцы валодаюць хвалепадобнымі ўласцівасцямі і не могуць знаходзіцца ў адным месцы адначасова.
Прынцып нявызначанасці Гейзенберга
Прынцып нявызначанасці Гейзенберга сцвярджае, што мы не можам адначасова з ідэальнай дакладнасцю ведаць становішча і імпульс часціцы. Гэта азначае, што заўсёды існуе нявызначанасць у вымярэнні становішча і імпульсу субатамных часціц.
Хвалевыя функцыі і арбіталі
У квантавай механіцы субатамныя часціцы апісваюцца хвалевымі функцыямі, якія даюць верагоднасць знаходжання часціцы ў пэўным месцы. Электроны ў атамах, напрыклад, рухаюцца не па фіксаваных арбітах, як планеты, а па арбіталях, якія даюць толькі верагоднасць іх знаходжання ў пэўнай вобласці.
Прымяненне і наступствы
Веды пра субатамныя часціцы маюць шматлікія практычныя прымяненні і тэарэтычныя наступствы. У тэхніцы электроны выкарыстоўваюцца ў паўправадніковых прыладах і кампутарах. У медыцыне выпраменьванне радыеактыўных ізатопаў выкарыстоўваецца ў дыягностыцы і лячэнні раку. Даследаванні субатамных часціц таксама прывялі да развіцця ядзернай энергетыкі.
Тэарэтычна, вывучэнне субатамных часціц прывяло да больш глыбокага разумення Сусвету. Стандартная мадэль, якая ўключае тры з чатырох фундаментальных сіл, забяспечвае аснову для разумення ўзаемадзеяння часціц. Аднак гравітацыя не была цалкам інтэгравана ў гэту мадэль, і навукоўцы працягваюць працаваць над пошукам тэорыі, якая можа аб'яднаць усе сілы ў адзіную кагерэнтную структуру.
Выснова
Субатамныя часціцы — гэта фундаментальныя кампаненты матэрыі, з якіх складаецца ўсё ў Сусвеце. Ад электронаў да пратонаў і нейтронаў, да базонаў, якія пераносяць сілу, гэтыя часціцы адыгрываюць вырашальную ролю ў вызначэнні ўласцівасцей матэрыі. Адкрыццё і разуменне субатамных часціц адкрыла шмат дзвярэй для развіцця тэхналогій і навукі. Квантавая механіка дае унікальны погляд на паводзіны гэтых часціц, адрозніваючы іх ад больш буйных аб'ектаў класічнай фізікі. Вывучэнне субатамных часціц застаецца адной з самых захапляльных і ўплывовых абласцей даследаванняў у фізіцы.
