Částice, které tvoří atomy, si lze představit různými způsoby – například ve formě kulatých prachových částic. Jsou tak malé, že každé takové zrnko prachu nelze posuzovat samostatně. Veškerá hmota, která je v okolním světě, se skládá z takových částic. Jaké částice tvoří atomy?
Definice
Subatomární částice je jednou z těch „cihel“, ze kterých je postaven celý svět. Mezi tyto částice patří protony a neutrony, které jsou součástí atomových jader. Do této kategorie patří také elektrony obíhající kolem jader. Jinými slovy, subatomární částice ve fyzice jsou protony, neutrony a elektrony. Ve světě známém člověku se zpravidla nenacházejí částice jiného druhu - žijí neobvykle krátce. Když jejich věk skončí, rozpadají se na obyčejné částice.
Počet těch subatomárních částic, které žijí relativně krátce, je dnes ve stovkách. Jejich počet je tak velký, že vědci už pro ně nepoužívají obvyklé názvy. Stejně jako hvězdy jsou jim často přiřazena číselná a abecední označení.
Klíčové funkce
Spin, elektrický náboj a hmotnost patří mezi nejdůležitější vlastnosti jakékoli subatomární částice. Protože hmotnost částice je často spojována s hmotností, některé částice se tradičně nazývají „těžké“. Einsteinova rovnice (E=mc2) ukazuje, že hmotnost subatomární částice přímo závisí na její energii a rychlosti. Pokud jde o elektrický náboj, je vždy násobkem základní jednotky. Pokud je například náboj protonu +1, pak náboj elektronu je -1. Některé ze subatomárních částic, jako je foton nebo neutrino, však nemají vůbec žádný elektrický náboj.
Důležitou charakteristikou je také životnost částice. Nedávno byli vědci přesvědčeni, že elektrony, fotony, stejně jako neutrina a protony jsou dokonale stabilní a jejich životnost je téměř nekonečná. Není to však tak docela pravda. Neutron například zůstává stabilní pouze do doby, než je „osvobozen“z jádra atomu. Poté je jeho životnost v průměru 15 minut. Všechny nestabilní částice procházejí procesem kvantového rozpadu, který nelze nikdy zcela předvídat.
Výzkum částic
Atom byl považován za nedělitelný, dokud nebyla objevena jeho struktura. Asi před stoletím provedl Rutherford své slavné experimenty, které spočívaly v bombardování tenkého plátu proudem částic alfa. Ukázalo se, že atomy hmoty jsou prakticky prázdné. A ve středu atomu je vše, čemu říkáme jádro atomu – toasi tisíckrát menší než samotný atom. V té době vědci věřili, že atom se skládá ze dvou typů částic - jádra a elektronů.
Postupem času si vědci kladou otázku: proč se proton, elektron a pozitron lepí dohromady a nerozpadají se v různých směrech pod vlivem Coulombových sil? A také pro tehdejší vědce zůstávalo nejasné: pokud jsou tyto částice elementární, nemůže se jim nic stát a musí žít věčně.
S rozvojem kvantové fyziky výzkumníci zjistili, že neutron podléhá rozpadu, a to zároveň poměrně rychle. Rozpadá se na proton, elektron a něco dalšího, co nebylo možné zachytit. Toho si všiml nedostatek energie. Tehdy vědci předpokládali, že seznam elementárních částic je vyčerpán, ale nyní se ví, že tomu tak zdaleka není. Byla objevena nová částice zvaná neutrino. Nenese žádný elektrický náboj a má extrémně nízkou hmotnost.
Neutron
Neutron je subatomární částice, která má neutrální elektrický náboj. Jeho hmotnost je téměř 2000krát větší než hmotnost elektronu. Protože neutrony patří do třídy neutrálních částic, interagují přímo s jádry atomů a ne s jejich elektronovými obaly. Neutrony mají také magnetický moment, který umožňuje vědcům prozkoumat mikroskopickou magnetickou strukturu hmoty. Neutronové záření je neškodné i pro biologické organismy.
Subatomární částice – proton
Vědci zjistili, že tyto„Hmotné cihly“se skládají ze tří kvarků. Proton je kladně nabitá částice. Hmotnost protonu převyšuje hmotnost elektronu 1836krát. Jeden proton a jeden elektron se spojí a vytvoří nejjednodušší chemický prvek, atom vodíku. Donedávna se věřilo, že protony nemohou měnit svůj poloměr v závislosti na tom, které elektrony nad nimi obíhají. Proton je elektricky nabitá částice. Spojením s elektronem se změní na neutron.
Elektron
Elektron byl poprvé objeven anglickým fyzikem J. Thomsonem v roce 1897. Tato částice, jak vědci nyní věří, je elementární nebo bodový objekt. Tak se nazývá subatomární částice v atomu, která nemá vlastní strukturu – neskládá se z žádných jiných, menších složek. Ve spojení s protonem a neutronem tvoří elektron atom. Nyní vědci ještě nepřišli na to, z čeho se tato částice skládá. Elektron je částice, která má nekonečně malý elektrický náboj. Samotné slovo „elektron“v překladu ze starověké řečtiny znamená „jantar“– ostatně vědci z Hellasu používali jantar ke zkoumání jevů elektřiny. Tento termín navrhl britský fyzik v roce 1894 J. Stoney.
Proč studovat elementární částice?
Nejjednodušší odpověď na otázku, proč vědci potřebují vědět o subatomárních částicích, je: mít informace o vnitřní struktuře atomu. Toto tvrzení však obsahuje jen zrnko pravdy. VVědci ve skutečnosti nestudují jen vnitřní strukturu atomu – hlavní oblastí jejich výzkumu je srážka nejmenších částic hmoty. Když se tyto extrémně energetické částice při vysokých rychlostech navzájem srazí, doslova se zrodí nový svět a úlomky hmoty, které zbyly po srážkách, pomohou odhalit záhady přírody, které vědcům vždy zůstávaly záhadou.
