Мавод дар бораи зарраҳои субатомӣ
Мо дар ҷаҳоне зиндагӣ мекунем, ки пур аз ҷисмҳои сахт, моеъ ва газҳое мебошад, ки ҳар рӯз мебинем. Аммо, агар мо ба сохторҳои бунёдии модда амиқтар назар кунем, ҷаҳони хеле дигарро кашф хоҳем кард: ҷаҳони зарраҳои субатомӣ. Зарраҳои субатомӣ блокҳои асосии сохтмонии атомҳо мебошанд ва барои хосиятҳои кимиёвӣ ва физикии тамоми моддаҳои коинот масъуланд. Дар ин мақола мо дар бораи намудҳои гуногуни зарраҳои субатомӣ, чӣ гуна кашф шудани онҳо ва нақши онҳо дар ташаккули материяе, ки мо медонем, муҳокима хоҳем кард.
Таърихи кашфи зарраҳои субатомӣ
Кашфи зарраҳои субатомӣ бо кашфи электрон аз ҷониби Ҷ.Ҷ. Томсон дар соли 1897 оғоз ёфт. Электронҳо тавассути таҷрибаҳои нурҳои катод кашф карда шуданд, ки нишон доданд, ки атомҳо тақсимнашаванда нестанд, чунон ки қаблан назарияи атомии Ҷон Далтон бовар мекард. Ин кашфиёт роҳро барои назарияи мураккабтари атомӣ ҳамвор кард.
Пас аз кашфи электрон, олимон ба ҷустуҷӯи зарраҳои дигаре, ки атомҳоро ташкил медиҳанд, шурӯъ карданд. Дар аввали асри 20, Эрнест Резерфорд модели атомро пешниҳод кард, ки аз ядрои зич иборат аст, ки бо электронҳои атрофи ядро ҳаракаткунанда иҳота шудааст. Дар таҷрибаҳое, ки ӯ зарраҳои алфаро ба фолгаи тунуки тиллоӣ партофт, Резерфорд муайян кард, ки аксари зарраҳои алфа аз фолга бетағйир гузаштаанд, дар ҳоле ки баъзеи онҳо дар кунҷҳои калон инъикос ёфтаанд. Ин нишон дод, ки ядрои атом хеле хурд аст, аммо массаи калон ва заряди мусбат дорад.
Зарраҳои асосии субатомӣ
Умуман, зарраҳои субатомӣ ба ду категория тақсим мешаванд: фермионҳо ва бозонҳо. Фермионҳо зарраҳое мебошанд, ки моддаро ташкил медиҳанд, дар ҳоле ки бозонҳо зарраҳое мебошанд, ки ҳамчун интиқолдиҳандагони қувва амал мекунанд.
Электрон
Электронҳо зарраҳои заряди манфӣ мебошанд, ки ядрои атомро иҳота мекунанд. Онҳо дар муқоиса бо протонҳо ва нейтронҳо хеле сабук буда, массаи онҳо танҳо тақрибан 1/1836 массаи протон аст. Электронҳо барои бисёре аз хосиятҳои химиявии атомҳо масъуланд, зеро онҳо дар ташаккули пайвандҳои химиявӣ ва реаксияҳои химиявӣ иштирок мекунанд.
Proton
Протонҳо зарраҳои заряди мусбат мебошанд, ки дар ядрои атом мавҷуданд. Массаи протонҳо тақрибан 1.6726 × 10^(-27) кг аст, ки қариб ба нейтрон баробар аст. Шумораи протонҳо дар ядрои атом унсури кимиёвии он атомро муайян мекунад. Масалан, гидроген як протон ва гелий ду протон дорад. Протонҳо инчунин дар муайян кардани рақами атомии элемент нақш мебозанд.
Неутрон
Нейтронҳо зарраҳои бетараф мебошанд, ки инчунин дар ядрои атом мавҷуданд. Онҳо массаи хеле монанд ба массаи протонҳо доранд. Вазифаи асосии онҳо таъмини устувории ядрои атомӣ мебошад. Атомҳое, ки номутавозинии шумораи нейтронҳо ва протонҳоро доранд, метавонанд радиоактивӣ шаванд ва тавассути таҷзияи радиоактивӣ радиатсияро хориҷ кунанд.
Бозон: Заррае, ки қувва мебарад
Бозонҳо зарраҳое ҳастанд, ки қувваҳои асосиро дар коинот интиқол медиҳанд. Чор қувваи асосӣ вуҷуд дорад: ҷозиба, қувваи электромагнитӣ, қувваи заиф ва қувваи қавӣ. Ҳар яке аз ин қувваҳои асосӣ зарраи интиқолдиҳандаи худро дорад.
хабарнигори мардумӣ
Фотонҳо зарраҳое мебошанд, ки қувваи электромагнитиро интиқол медиҳанд. Онҳо масса надоранд ва бо суръати рӯшноӣ ҳаракат мекунанд. Фотонҳо барои падидаҳо ба монанди рӯшноӣ, гармӣ ва дигар радиатсияи электромагнитӣ масъуланд.
Глюон
Глюонҳо зарраҳое мебошанд, ки қувваи қавӣ доранд ва протонҳо ва нейтронҳоро дар ядрои атом ба ҳам мепайванданд. Бе глюонҳо, протонҳо ва нейтронҳо наметавонанд бо ҳамдигар пайваст шаванд ва ядрои атомӣ пора-пора мешавад.
Бозонҳои W ва Z
Бозонҳои W ва Z зарраҳое мебошанд, ки қувваи заифро интиқол медиҳанд. Қувваи заиф барои баъзе намудҳои вайроншавии радиоактивӣ ва аксуламалҳои ҳастаӣ, ба монанди вайроншавии бета, масъул аст.
Гравитон (фарзиявӣ)
Гравитон як зарраи фарзиявӣ аст, ки ҳанӯз кашф нашудааст ва қувваи ҷозибаро дорад. Агар ҷозиба зарраи интиқолдиҳанда дошта бошад, интизор меравад, ки он массаи сифр дошта бошад ва бо дигар моддаҳо хеле заиф ҳамкорӣ кунад.
Таъсири мутақобилаи байни зарраҳои субатомӣ
Зарраҳои субатомӣ тавассути қувваҳои асосии қаблан зикршуда бо ҳам таъсир мерасонанд. Ин таъсири мутақобила байни зарраҳо асосан хосиятҳои физикӣ ва химиявии моддаро муайян мекунанд.
Қувваи электромагнитӣ
Қувваи электромагнитӣ таъсири мутақобилаи байни зарраҳои заряднок, ба монанди протонҳо ва электронҳо мебошад. Ин қувваест, ки барои аксари хосиятҳои кимиёвӣ ва физикие, ки мо одатан мушоҳида мекунем, масъул аст.
Қувваи қавӣ
Қувваи қавӣ қувваест, ки протонҳо ва нейтронҳоро дар ядрои атом мепайвандад. Ин пуриқтидортарин қувва дар коинот аст, аммо он танҳо дар масофаҳои хеле кӯтоҳ амал мекунад.
Қувваи заиф
Қувваи заиф дар вайроншавии радиоактивӣ ва баъзе дигар аксуламалҳои ҳастаӣ иштирок мекунад. Бо вуҷуди номаш, он то ҳол дар коинот нақши муҳим дорад.
Қувваи ҷозиба
Қувваи ҷозиба қувваест, ки ду зарраи массаро ба сӯи якдигар ҷалб мекунад. Гарчанде ки ҷозиба дар муқоиса бо се зарраи дигар қувваи хеле заиф аст, он дар миқёси калон ба монанди сайёраҳо, ситорагон ва галактикаҳо нақши муҳим мебозад.
Механикаи квантӣ ва зарраҳои субатомӣ
Механикаи квантӣ як соҳаи физика аст, ки рафтори зарраҳои субатомӣ-ро шарҳ медиҳад. Бар хилофи физикаи классикӣ, механикаи квантӣ нишон медиҳад, ки зарраҳои субатомӣ хосиятҳои мавҷмонанд доранд ва наметавонанд дар як вақт дар як ҷо бошанд.
Принсипи номуайянии Гейзенберг
Принсипи номуайянии Гейзенберг мегӯяд, ки мо наметавонем мавқеъ ва импулси зарраро ҳамзамон бо дақиқии комил донем. Ин маънои онро дорад, ки дар андозагирии мавқеъ ва импулси зарраҳои субатомӣ ҳамеша номуайянӣ вуҷуд дорад.
Функсияҳои мавҷӣ ва орбиталҳо
Дар механикаи квантӣ, зарраҳои субатомӣ бо функсияҳои мавҷӣ тавсиф карда мешаванд, ки эҳтимолияти ёфтани зарраро дар макони мушаххас медиҳанд. Масалан, электронҳо дар атомҳо мисли сайёраҳо дар мадорҳои муқарраршуда ҳаракат намекунанд, балки дар мадорҳое ҳаракат мекунанд, ки танҳо эҳтимолияти дар минтақаи мушаххас буданашонро медиҳанд.
Барномаҳо ва оқибатҳо
Дониши зарраҳои субатомӣ татбиқҳои зиёди амалӣ ва аҳамияти назариявӣ дорад. Дар технология, электронҳо дар дастгоҳҳои нимноқил ва компютерҳо истифода мешаванд. Дар тиб, радиатсия аз изотопҳои радиоактивӣ дар ташхис ва табобати саратон истифода мешавад. Таҳқиқот дар бораи зарраҳои субатомӣ инчунин боиси рушди энергияи ҳастаӣ шудааст.
Аз нигоҳи назариявӣ, омӯзиши зарраҳои субатомӣ ба дарки амиқтари коинот оварда расонидааст. Модели стандартӣ, ки сето аз чор қувваи асосиро дар бар мегирад, чаҳорчӯберо барои фаҳмидани таъсири мутақобилаи зарраҳо фароҳам меорад. Аммо, ҷозиба пурра ба ин модел ворид нашудааст ва олимон барои ёфтани назарияе, ки метавонад ҳамаи қувваҳоро ба як чаҳорчӯбаи мувофиқ муттаҳид кунад, кор карданро идома медиҳанд.
Хулоса
Зарраҳои субатомӣ ҷузъҳои асосии материя мебошанд, ки ҳама чизро дар коинот ташкил медиҳанд. Аз электронҳо то протонҳо ва нейтронҳо то бозонҳои интиқолдиҳандаи қувва, ин зарраҳо дар муайян кардани хосиятҳои материя нақши муҳим доранд. Кашф ва дарки зарраҳои субатомӣ дарҳои зиёдеро барои рушди технология ва илм боз кардааст. Механикаи квантӣ назари беназири рафтори ин зарраҳоро фароҳам меорад ва онҳоро аз объектҳои калонтари физикаи классикӣ фарқ мекунад. Омӯзиши зарраҳои субатомӣ яке аз соҳаҳои ҷолибтарин ва таъсирбахштарини таҳқиқот дар физика боқӣ мемонад.
