Hansı daha böyükdür, neytron yoxsa proton? Atomların quruluşu - maddənin elementar hissəcikləri, elektronlar, protonlar, neytronlar

Proton, hidrogen atomunun nüvəsi olan adronlar sinfindən olan sabit hissəcikdir.

Hansı hadisənin protonun kəşfi hesab edilməli olduğunu söyləmək çətindir: axı o, hidrogen ionu kimi çoxdan məlumdur. E.Rezerford tərəfindən atomun planetar modelinin yaradılması (1911), izotopların kəşfi (F.Soddi, C.Tomson, F.Aston, 1906-1919) və nüvələrdən sökülən hidrogen nüvələrinin müşahidəsi. alfa hissəcikləri proton azotunun kəşfində rol oynamışdır (E. Rutherford, 1919). 1925-ci ildə P.Bleket bulud kamerasında proton izlərinin ilk fotoşəkillərini aldı (bax: Nüvə Radiasiya Detektorları), elementlərin süni çevrilməsinin kəşfini təsdiqləyir. Bu təcrübələrdə β-hissəcik bir azot nüvəsi tərəfindən tutuldu və bu nüvə proton buraxaraq oksigen izotopuna çevrildi.

Neytronlarla birlikdə protonlar hamısının atom nüvəsini təşkil edir kimyəvi elementlər, və nüvədəki protonların sayı verilmiş elementin atom nömrəsini təyin edir. Protonun elementar yükə bərabər müsbət elektrik yükü var, yəni. mütləq dəyər elektron yükü. Bu, 10-21 dəqiqliklə eksperimental olaraq sınaqdan keçirilmişdir. Proton kütləsi mp = (938,2796 ± 0,0027) MeV və ya ~ 1,6-10-24 q, yəni proton elektrondan 1836 dəfə ağırdır! İLƏ müasir nöqtə Perspektivdə proton əsl elementar hissəcik deyil: o, elektrik yükləri +2/3 (elementar yük vahidlərində) olan iki u-kvarkdan və elektrik yükü -1/3 olan bir d-kvarkdan ibarətdir. Kvarklar digər hipotetik hissəciklərin - qluonların, güclü qarşılıqlı təsirlər aparan sahənin kvantlarının mübadiləsi ilə bir-birinə bağlıdır. Protonlar üzərində elektron səpilmə proseslərinin nəzərdən keçirildiyi təcrübələrdən əldə edilən məlumatlar həqiqətən protonların içərisində nöqtə səpilmə mərkəzlərinin olduğunu göstərir. Bu təcrübələr müəyyən mənada Ruterfordun atom nüvəsinin kəşfinə səbəb olan təcrübələrinə çox oxşardır. Mürəkkəb bir hissəcik olan protonun son ölçüsü ~ 10-13 sm-dir, baxmayaraq ki, təbii ki, onu bərk top kimi göstərmək olmaz. Əksinə, proton yaradılmış və məhv edilmiş virtual hissəciklərdən ibarət qeyri-səlis sərhədi olan buluda bənzəyir. Belə ki. güclü qarşılıqlı təsirlər nüvələrdəki proton və neytronları, elektromaqnit qarşılıqlı təsirlər atomlardakı protonları və elektronları birləşdirir. Zəif qarşılıqlı təsirlərə misal olaraq neytronun beta parçalanması və ya pozitron və neytrino emissiyası ilə protonun neytrona nüvədaxili çevrilməsi (sərbəst bir proton üçün enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanununa görə belə bir proses qeyri-mümkündür). çünki neytron bir qədər böyük kütləyə malikdir). Proton spini 1/2-dir. Yarım tam spinli adronlara baryonlar deyilir yunan sözü, “ağır” deməkdir). Barionlara proton, neytron, müxtəlif hiperonlar (?, ?, ?, ?) və əksəriyyəti hələ kəşf edilməmiş yeni kvant nömrələri olan bir sıra hissəciklər daxildir. Baryonları xarakterizə etmək üçün təqdim olunur xüsusi nömrə-- barion yükü, barionlar üçün 1-ə bərabərdir, - 1 -- antibaryonlar üçün və O -- bütün digər hissəciklər üçün. Baryon yükü barion sahəsinin mənbəyi deyil, yalnız hissəciklərlə reaksiyalarda müşahidə olunan nümunələri təsvir etmək üçün təqdim edilmişdir. Bu qanunauyğunluqlar barion yükünün saxlanma qanunu şəklində ifadə olunur: sistemdəki barionlarla antibarionların sayı arasındakı fərq istənilən reaksiyalarda qorunur. Barion yükünün saxlanması protonun parçalanmasını qeyri-mümkün edir, çünki o, barionların ən yüngülüdür. Bu qanun empirik xarakter daşıyır və təbii ki, eksperimental olaraq yoxlanılmalıdır. Barion yükünün qorunma qanununun dəqiqliyi protonun sabitliyi ilə xarakterizə olunur, eksperimental qiymətləndirmə 1032 ildən az olmayan bir dəyər verir.

Eyni zamanda, bütün növ fundamental qarşılıqlı təsirləri birləşdirən nəzəriyyələr barion yükünün pozulmasına və protonun parçalanmasına səbəb olan prosesləri proqnozlaşdırır. Bu cür nəzəriyyələrdə protonun ömrü çox dəqiq göstərilmir: təxminən 1032 ± 2 il. Bu vaxt çox böyükdür, Kainatın mövcudluğundan dəfələrlə uzundur (~ 2*1010 il). Buna görə də, proton praktiki olaraq sabitdir və bu, kimyəvi elementlərin əmələ gəlməsini və nəticədə ağıllı həyatın meydana gəlməsini mümkün etdi. Bununla birlikdə, proton parçalanması üçün axtarış indi onlardan birini təmsil edir ən mühüm vəzifələr eksperimental fizika. 100 m3 həcmində suda ~ 1032 il proton ömrü ilə (1 m3-də ~ 1030 proton var) ildə bir proton parçalanması gözlənilməlidir. Qalır ki, bu çürümə qeydə alınsın. Proton parçalanmasının kəşfi təbiət qüvvələrinin vəhdətinin düzgün dərk edilməsi istiqamətində mühüm addım olacaqdır.

Neytron adronlar sinfinə aid olan neytral hissəcikdir. 1932-ci ildə ingilis fiziki C.Çadvik tərəfindən kəşf edilmişdir. Neytronlar protonlarla birlikdə onun bir hissəsidir atom nüvələri. Elektrik yükü neytron qn sıfıra bərabərdir. Bu, güclü elektrik sahələrində neytron şüasının əyilməsindən yükün birbaşa ölçülməsi ilə təsdiqlənir ki, bu da |qn|<10-20e (здесь е -- элементарный электрический заряд, т. е. абсолютная величина заряда электрона). Косвенные данные дают оценку |qn|< 2?10-22 е. Спин нейтрона равен 1/2. Как адрон с полуцелым спином, он относится к группе барионов. У каждого бариона есть античастица; антинейтрон был открыт в 1956 г. в опытах по рассеянию антипротонов на ядрах. Антинейтрон отличается от нейтрона знаком барионного заряда; у нейтрона, как и у протона, барионный заряд равен +1.Как и протон и прочие адроны, нейтрон не является истинно элементарной частицей: он состоит из одного u-кварка с электрическим зарядом +2/3 и двух d-кварков с зарядом - 1/3, связанных между собой глюонным полем.

Neytronlar yalnız sabit atom nüvələrində sabitdir. Sərbəst neytron proton (p), elektron (e-) və elektron antineytrinoya parçalanan qeyri-sabit hissəcikdir. Neytronun ömrü (917?14) s, yəni təxminən 15 dəqiqədir. Maddədə neytronlar nüvələr tərəfindən güclü udma qabiliyyətinə görə daha az sərbəst formada mövcuddur. Buna görə də onlar təbiətdə baş verir və ya laboratoriyada yalnız nüvə reaksiyaları nəticəsində istehsal olunur.

Müxtəlif nüvə reaksiyalarının enerji balansına əsasən neytron və proton kütlələri arasındakı fərq müəyyən edilmişdir: mn-mp(1,29344 ±0,00007) MeV. Onu proton kütləsi ilə müqayisə edərək neytron kütləsini alırıq: mn = 939,5731 ± 0,0027 MeV; bu mn ~ 1.6-10-24-ə uyğundur neytron bütün növ fundamental qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edir. Güclü qarşılıqlı təsirlər atom nüvələrindəki neytronları və protonları birləşdirir. Zəif qarşılıqlı təsirə misal olaraq neytronun beta parçalanması göstərilir.

Bu neytral hissəcik elektromaqnit qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edirmi? Neytron daxili bir quruluşa malikdir və ümumi neytrallıqla, xüsusən də neytronda bir maqnit anının görünüşünə səbəb olan elektrik cərəyanları var. Başqa sözlə, maqnit sahəsində bir neytron kompas iynəsi kimi davranır. Bu, onun elektromaqnit qarşılıqlı təsirinin yalnız bir nümunəsidir. Üst həddi alınan neytronun elektrik dipol momentinin axtarışı böyük maraq doğurdu. Burada ən səmərəli təcrübələr SSRİ Elmlər Akademiyasının Leninqrad Nüvə Fizikası İnstitutunun alimləri tərəfindən aparılmışdır; Neytron dipol momentinin axtarışı mikroproseslərdə zamanın dəyişməsi zamanı invariantlığın pozulması mexanizmlərini başa düşmək üçün vacibdir.

Neytronların qravitasiya qarşılıqlı təsirləri bilavasitə onların Yerin qravitasiya sahəsində düşməsindən müşahidə edilirdi.

Neytronların kinetik enerjisinə görə ənənəvi təsnifatı indi qəbul edilir:

yavaş neytronlar (<105эВ, есть много их разновидностей),

sürətli neytronlar (105?108eV), yüksək enerjili (> 108eV).

Ultrasoyuq neytronlar adlanan çox yavaş neytronlar (10-7 eV) çox maraqlı xüsusiyyətlərə malikdir. Məlum oldu ki, ultrasoyuq neytronlar “maqnit tələlərində” toplana bilər və onların spinləri hətta orada müəyyən istiqamətə yönəldilə bilər. Xüsusi konfiqurasiyalı maqnit sahələrindən istifadə edərək, ultrasoyuq neytronlar udma divarlarından təcrid olunur və çürüyənə qədər tələdə "yaşaya bilər". Bu, bir çox incə təcrübələrə neytronların xassələrini öyrənmək imkanı verir. Ultrasoyuq neytronları saxlamaq üçün başqa bir üsul onların dalğa xüsusiyyətlərinə əsaslanır. Belə neytronları sadəcə olaraq qapalı “bankada” saxlamaq olar. Bu fikri 1950-ci illərin sonlarında sovet fiziki Ya B. Zeldoviç söyləmiş və ilk nəticələr təxminən on ildən sonra Dubnada Nüvə Tədqiqatları İnstitutunda əldə edilmişdir.

Bu yaxınlarda alimlər ultrasoyuq neytronların təbii parçalanmasına qədər yaşadığı bir gəmi qurmağı bacardılar.

Sərbəst neytronlar nüvə reaksiyalarına səbəb olaraq atom nüvələri ilə aktiv şəkildə qarşılıqlı əlaqədə ola bilirlər. Yavaş neytronların maddə ilə qarşılıqlı təsiri nəticəsində rezonans effektləri, kristallarda difraksiya səpilməsi və s. müşahidə etmək olar.Bu xassələrinə görə neytronlardan nüvə fizikasında və bərk cisimlər fizikasında geniş istifadə olunur. Onlar nüvə enerjisində, transuran elementlərinin və radioaktiv izotopların istehsalında mühüm rol oynayır, kimyəvi analiz və geoloji kəşfiyyatda praktiki tətbiq tapır.

Atomlar maddənin ən kiçik hissəcikləridir.
Orta ölçülü bir almanı Yer ölçüsünə qədər böyütsəniz, atomlar yalnız bir alma ölçüsünə çevriləcəkdir. Bu qədər kiçik ölçülərə baxmayaraq, atom daha da kiçik fiziki hissəciklərdən ibarətdir.
Siz artıq məktəb fizikası kursunuzdan atomun quruluşu ilə tanış olmalısınız. Yenə də xatırladaq ki, atom nüvənin ətrafında o qədər sürətlə fırlanan bir nüvə və elektronları ehtiva edir ki, onlar fərqlənmirlər - "elektron buludu" və ya atomun elektron qabığını meydana gətirirlər.

Elektronlar adətən aşağıdakı kimi qeyd olunur: e − . Elektronlar e− çox yüngül, demək olar ki, çəkisiz, lakin onlar var mənfi elektrik yükü. −1-ə bərabərdir. Hamımızın istifadə etdiyi elektrik cərəyanı naqillərdə işləyən elektron axınıdır.

Atom nüvəsi, demək olar ki, bütün kütləsinin cəmləşdiyi, iki növ hissəciklərdən ibarətdir - neytronlar və protonlar.

Neytronlar aşağıdakı kimi qeyd olunur: n 0 , A protonlar Belə ki: səh + .
Kütlə baxımından neytronlar və protonlar demək olar ki, eynidir - 1,675 10−24 q və 1,673 10−24 q.
Düzdür, belə kiçik hissəciklərin kütləsini qramla hesablamaq çox əlverişsizdir, ona görə də ifadə olunur. karbon vahidləri, hər biri 1,673 10 −24 q-a bərabərdir.
Hər bir hissəcik üçün alırıq nisbi atom kütləsi, atomun kütləsinin (qramla) karbon vahidinin kütləsinə bölünməsinə bərabərdir. Proton və neytronun nisbi atom kütlələri 1-ə bərabərdir, lakin protonların yükü müsbət və +1-ə bərabərdir, neytronların isə heç bir yükü yoxdur.

. Atom haqqında tapmacalar

Atom, uşaq konstruksiya dəstinin hissələrindən oyuncaq və ya avtomobil kimi hissəciklərdən "ağılda" yığıla bilər. Yalnız iki vacib şərtə riayət etmək lazımdır.

• Birinci şərt: hər bir atom növünün özünəməxsusluğu var öz dəsti"detallar" - elementar hissəciklər. Məsələn, bir hidrogen atomunun mütləq müsbət yükü +1 olan nüvəsi olacaq, yəni onun mütləq bir protonu olmalıdır (və daha çox olmamalıdır).
  Hidrogen atomunda neytron da ola bilər. Bu barədə daha çox növbəti paraqrafda.
  Oksigen atomunun (Dövri Cədvəldəki atom nömrəsi 8-dir) nüvəsi yüklü olacaqdır. səkkiz müsbət yüklər (+8), yəni səkkiz proton var. Bir oksigen atomunun kütləsi 16 nisbi vahid olduğundan, oksigen nüvəsini əldə etmək üçün daha 8 neytron əlavə edirik.
• İkinci şərt odur ki, hər bir atom olmalıdır elektrik neytral. Bunun üçün nüvənin yükünü tarazlaşdırmaq üçün kifayət qədər elektrona malik olmalıdır. Başqa sözlə, atomdakı elektronların sayı protonların sayına bərabərdiröz əsasında, eləcə də Dövri Cədvəldə bu elementin seriya nömrəsi.

Artıq qeyd edildiyi kimi, bir atom üç növ elementar hissəcikdən ibarətdir: protonlar, neytronlar və elektronlar. Atom nüvəsi proton və neytronlardan ibarət atomun mərkəzi hissəsidir. Protonların və neytronların nüvədə bir-birinə çevrilə bilən ümumi adı nuklondur; Ən sadə atomun - hidrogen atomunun nüvəsi bir elementar hissəcikdən - protondan ibarətdir.

Bir atomun nüvəsinin diametri təxminən 10-13 - 10-12 sm-dir və atomun diametrinin 0,0001-dir. Bununla belə, atomun demək olar ki, bütün kütləsi (99,95-99,98%) nüvədə cəmləşmişdir. Əgər 1 sm3 təmiz nüvə maddəsi əldə etmək mümkün olsaydı, onun kütləsi 100-200 milyon ton olardı. Atomun nüvəsinin kütləsi atomu təşkil edən bütün elektronların kütləsindən bir neçə min dəfə böyükdür.

Proton- elementar hissəcik, hidrogen atomunun nüvəsi. Protonun kütləsi 1,6721 x 10-27 kq-dır ki, bu da elektronun kütləsindən 1836 dəfə çoxdur. Elektrik yükü müsbətdir və 1,66 x 10-19 C-ə bərabərdir. Kulon, sabit 1A (amper) cərəyanında 1 s vaxt ərzində keçiricinin en kəsiyindən keçən elektrik miqdarına bərabər olan elektrik yükünün vahididir.

Hər hansı bir elementin hər bir atomunun nüvəsində müəyyən sayda proton var. Bu ədəd verilmiş element üçün sabitdir və onun fiziki və kimyəvi xassələrini müəyyən edir. Yəni protonların sayı hansı kimyəvi elementlə qarşılaşdığımızı müəyyən edir. Məsələn, nüvədə bir proton varsa, hidrogen, 26 proton varsa, dəmirdir. Atom nüvəsindəki protonların sayı nüvənin yükünü (yük nömrəsi Z) və elementlərin dövri cədvəlindəki elementin atom nömrəsini D.I. Mendeleyev (elementin atom nömrəsi).

Neytron- kütləsi 1,6749 x 10-27 kq, elektronun kütləsindən 1839 dəfə böyük olan elektrik cəhətdən neytral hissəcik. Sərbəst vəziyyətdə olan neyron qeyri-sabit hissəcikdir, o, müstəqil olaraq elektron və antineytrino emissiyası ilə protona çevrilir. Neytronların yarı ömrü (neytronların ilkin sayının yarısının parçalandığı vaxt) təxminən 12 dəqiqədir. Bununla belə, sabit atom nüvələri içərisində bağlı vəziyyətdə, sabitdir. Nüvədəki nuklonların (proton və neytronların) ümumi sayına kütlə sayı (atom kütləsi - A) deyilir. Nüvəyə daxil olan neytronların sayı kütlə və yük nömrələri arasındakı fərqə bərabərdir: N = A - Z.

elektron- elementar hissəcik, ən kiçik kütlənin daşıyıcısı - 0,91095x10-27 q və ən kiçik elektrik yükü - 1,6021x10-19 C. Bu mənfi yüklü hissəcikdir. Bir atomdakı elektronların sayı nüvədəki protonların sayına bərabərdir, yəni. atom elektrik cəhətdən neytraldır.

Pozitron- müsbət elektrik yüklü elementar hissəcik, elektrona münasibətdə antihissəcik. Elektronun və pozitronun kütləsi bərabərdir, elektrik yükləri isə mütləq qiymətə görə bərabərdir, lakin işarəsi əksinədir.

Müxtəlif növ nüvələrə nuklidlər deyilir. Nuklid, müəyyən sayda proton və neytron olan bir atom növüdür. Təbiətdə eyni elementin müxtəlif atom kütlələrinə (kütləvi nömrələrə) malik atomları var:
, Cl və s. Bu atomların nüvələrində eyni sayda proton, lakin fərqli sayda neytron var. Nüvə yükü eyni, lakin kütlə nömrələri fərqli olan eyni elementin atomlarının növləri deyilir izotoplar . Eyni sayda protona sahib olan, lakin neytronların sayında fərqlənən izotoplar eyni elektron qabıq quruluşuna malikdir, yəni. çox oxşar kimyəvi xassələrə malikdir və kimyəvi elementlərin dövri cədvəlində eyni yeri tutur.

Onlar yuxarı solda yerləşən A indeksi ilə müvafiq kimyəvi elementin simvolu ilə təyin olunur - kütlə sayı, bəzən protonların sayı (Z) də sol altda verilir. Məsələn, fosforun radioaktiv izotopları müvafiq olaraq 32P, 33P və ya P və P olaraq təyin olunur. Element simvolu göstərilmədən izotop təyin edilərkən kütlə nömrəsi element təyinatından sonra verilir, məsələn, fosfor - 32, fosfor - 33.

Əksər kimyəvi elementlərin bir neçə izotopları var. Hidrogen izotopundan əlavə 1H-protium, ağır hidrogen 2H-deuterium və super ağır hidrogen 3H-tritium məlumdur. Uranın 11 izotopu var; təbii birləşmələrdə üçü var (uran 238, uran 235, uran 233). Onlarda müvafiq olaraq 92 proton və 146,143 və 141 neytron var.

Hal-hazırda 108 kimyəvi elementin 1900-dən çox izotopu məlumdur. Bunlardan təbii izotoplara bütün stabil (onlardan 280-ə yaxın) və radioaktiv ailələrə daxil olan təbii izotoplar (onlardan 46-sı) daxildir. Qalanları süni olaraq təsnif edilir, onlar müxtəlif nüvə reaksiyaları nəticəsində süni şəkildə əldə edilirlər.

"İzotoplar" termini yalnız eyni elementin atomlarından, məsələn, karbon 12C və 14C-dən danışarkən istifadə edilməlidir. Müxtəlif kimyəvi elementlərin atomları nəzərdə tutulursa, "nuklidlər" terminindən istifadə etmək tövsiyə olunur, məsələn, radionuklidlər 90Sr, 131J, 137Cs.

Protonları, neytronları və elektronları necə tapmaq barədə danışaq. Bir atomda hər birinin öz elementar yükü və kütləsi olan üç növ elementar hissəcik vardır.

Əsas quruluş

Protonların, neytronların və elektronların necə tapılacağını başa düşmək üçün onun atomun əsas hissəsi olduğunu təsəvvür edin. Nüvənin içərisində nuklon adlanan proton və neytronlar var. Nüvənin içərisində bu hissəciklər bir-birinə çevrilə bilir.

Məsələn, birində proton, neytron və elektron tapmaq üçün onun seriya nömrəsini bilmək lazımdır. Nəzərə alsaq ki, dövri cədvələ məhz bu element başçılıq edir, onda onun nüvəsində bir proton var.

Atom nüvəsinin diametri atomun ümumi ölçüsünün on mində biri qədərdir. Bütün atomun əsas hissəsini ehtiva edir. Nüvənin kütləsi atomda mövcud olan bütün elektronların cəmindən minlərlə dəfə böyükdür.

Hissəciklərin xüsusiyyətləri

Gəlin atomda proton, neytron və elektronların necə tapılacağına baxaq və onların xüsusiyyətlərini öyrənək. Proton bir hidrogen atomunun nüvəsinə uyğun gələn şeydir. Onun kütləsi elektronu 1836 dəfə üstələyir. Verilmiş en kəsiyi olan bir keçiricidən keçən elektrik vahidini müəyyən etmək üçün elektrik yükü istifadə olunur.

Hər bir atomun nüvəsində müəyyən sayda proton var. Sabit qiymətdir və verilmiş elementin kimyəvi və fiziki xassələrini xarakterizə edir.

Karbon atomunda protonları, neytronları və elektronları necə tapmaq olar? Bu kimyəvi elementin atom nömrəsi 6-dır, buna görə də nüvədə altı proton var. Planet sisteminə görə, altı elektron nüvə ətrafında orbitlərdə hərəkət edir. Karbon dəyərindən (12) neytronların sayını müəyyən etmək üçün protonların sayını (6) çıxarırıq, altı neytron alırıq.

Dəmir atomu üçün protonların sayı 26-ya uyğundur, yəni bu element dövri cədvəldə 26-cı atom nömrəsinə malikdir.

Neytron elektrik cəhətdən neytral hissəcikdir, sərbəst vəziyyətdə qeyri-sabitdir. Neytron kortəbii olaraq müsbət yüklü protona çevrilə bilər, antineytrino və elektron yayır. Onun orta yarı ömrü 12 dəqiqədir. Kütləvi sayı bir atomun nüvəsindəki proton və neytronların ümumi sayıdır. Gəlin bir ionda protonları, neytronları və elektronları necə tapacağını anlamağa çalışaq? Bir atom, başqa bir elementlə kimyəvi qarşılıqlı əlaqə zamanı müsbət oksidləşmə vəziyyəti əldə edərsə, onda proton və neytronların sayı dəyişmir, yalnız elektronlar azalır.

Nəticə

Atomun quruluşu ilə bağlı bir neçə nəzəriyyə var idi, lakin bunların heç biri həyata keçirilə bilməzdi. Rezerfordun yaratdığı versiyadan əvvəl nüvənin daxilində proton və neytronların yerləşməsi, həmçinin elektronların dairəvi orbitlərdə fırlanması haqqında ətraflı izahat yox idi. Atomun planet quruluşu nəzəriyyəsinin ortaya çıxmasından sonra tədqiqatçılar təkcə atomdakı elementar hissəciklərin sayını müəyyən etmək deyil, həm də konkret kimyəvi elementin fiziki və kimyəvi xassələrini proqnozlaşdırmaq imkanı əldə etdilər.

Bir çox insanlar məktəbdən yaxşı bilirlər ki, bütün maddələr atomlardan ibarətdir. Atomlar, öz növbəsində, nüvədən müəyyən məsafədə yerləşən atomların və elektronların nüvəsini təşkil edən proton və neytronlardan ibarətdir. Çoxları işığın da hissəciklərdən - fotonlardan ibarət olduğunu eşitmişdir. Lakin zərrəciklər dünyası bununla məhdudlaşmır. Bu günə qədər 400-dən çox müxtəlif elementar hissəciklər məlumdur. Elementar hissəciklərin bir-birindən necə fərqləndiyini anlamağa çalışaq.

Elementar hissəcikləri bir-birindən ayırmaq üçün bir çox parametrlər var:

• Çəki.
• Elektrik yükü.
• Ömür boyu. Demək olar ki, bütün elementar hissəciklərin məhdud ömrü var, bundan sonra onlar çürüyürlər.
• Spin. Çox təqribən, fırlanma anı kimi qəbul edilə bilər.

Daha bir neçə parametr və ya kvant ədədləri elmində adətən adlandırılan parametrlər. Bu parametrlər həmişə aydın fiziki məna daşımır, lakin bəzi hissəcikləri digərlərindən fərqləndirmək üçün lazımdır. Bütün bu əlavə parametrlər qarşılıqlı təsirdə saxlanılan bəzi kəmiyyətlər kimi təqdim olunur.

Fotonlar və neytrinolar istisna olmaqla, demək olar ki, bütün hissəciklərin kütləsi var (son məlumatlara görə, neytrinoların kütləsi var, lakin o qədər kiçikdir ki, çox vaxt sıfır hesab olunur). Kütləvi hissəciklər olmadan yalnız hərəkətdə ola bilər. Bütün hissəciklərin müxtəlif kütlələri var. Neytrinonu saymasaq, elektron ən kiçik kütləyə malikdir. Mezon adlanan hissəciklərin kütləsi elektronun kütləsindən 300-400 dəfə, proton və neytron isə elektrondan təxminən 2000 dəfə ağırdır. İndi protondan təxminən 100 dəfə ağır olan hissəciklər kəşf edilib. Kütlə (və ya Eynşteynin düsturuna görə onun enerji ekvivalenti:

elementar hissəciklərin bütün qarşılıqlı təsirlərində saxlanılır.

Bütün hissəciklərin elektrik yükü yoxdur, bu o deməkdir ki, bütün hissəciklər elektromaqnit qarşılıqlı təsirdə iştirak etmək qabiliyyətinə malik deyil. Sərbəst mövcud olan bütün hissəciklərin elektron yükünün qatı olan elektrik yükü var. Sərbəst mövcud olan hissəciklərlə yanaşı, yalnız bağlı vəziyyətdə olan hissəciklər də var ki, onlar haqqında bir az sonra danışacağıq;

Spin, digər kvant ədədləri kimi, müxtəlif hissəciklər üçün fərqlidir və onların unikallığını xarakterizə edir. Bəzi kvant ədədləri bəzi qarşılıqlı təsirlərdə, bəziləri isə digərlərində qorunur. Bütün bu kvant ədədləri hansı hissəciklərin hansı ilə və necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu müəyyən edir.

Ömür də zərrəciyin çox mühüm xüsusiyyətidir və biz onu daha ətraflı nəzərdən keçirəcəyik. Bir qeydlə başlayaq. Məqalənin əvvəlində dediyimiz kimi, bizi əhatə edən hər şey atomlardan (elektron, proton və neytron) və işıqdan (fotonlardan) ibarətdir. Bəs onda yüzlərlə müxtəlif elementar hissəciklər haradadır? Cavab sadədir - ətrafımızdakı hər yerdə, lakin iki səbəbə görə bunu fərq etmirik.

Bunlardan birincisi ondan ibarətdir ki, demək olar ki, bütün digər hissəciklər çox qısa, təxminən 10-dan mənfi 10 saniyəyə qədər və ya daha az yaşayır və buna görə də atomlar, kristal qəfəslər və s. kimi strukturlar əmələ gətirmirlər. İkinci səbəb neytrinolara aiddir, bu hissəciklər çürüməsələr də, onlar yalnız zəif və cazibə qüvvəsinə məruz qalırlar. Bu o deməkdir ki, bu hissəciklər o qədər az qarşılıqlı təsir göstərir ki, onları aşkar etmək demək olar ki, mümkün deyil.

Gəlin bir hissəciyin nə qədər yaxşı qarşılıqlı əlaqədə olduğunu təsəvvür edək. Məsələn, elektronların axını bir neçə millimetr səviyyəsində kifayət qədər nazik bir polad təbəqə ilə dayandırıla bilər. Bu baş verəcək, çünki elektronlar dərhal polad təbəqənin hissəcikləri ilə qarşılıqlı əlaqəyə girəcək, istiqamətlərini kəskin şəkildə dəyişəcək, fotonlar buraxacaq və beləliklə, enerjini kifayət qədər tez itirəcəklər. Neytrino axını ilə bağlı vəziyyət belə deyil, onlar Yerdən demək olar ki, qarşılıqlı əlaqə olmadan keçə bilirlər. Və buna görə də onları aşkar etmək çox çətindir.

Deməli, əksər hissəciklər çox qısa müddət yaşayır, bundan sonra parçalanırlar. Ən çox rast gəlinən reaksiyalar hissəciklərin parçalanmasıdır. Çürümə nəticəsində bir hissəcik daha kiçik kütləli bir neçə digər hissəyə parçalanır və onlar da öz növbəsində daha da çürüyürlər. Bütün çürümələr müəyyən qaydalara - qorunma qanunlarına tabe olur. Beləliklə, məsələn, parçalanma nəticəsində elektrik yükü, kütlə, spin və bir sıra digər kvant ədədləri qorunmalıdır. Bəzi kvant ədədləri çürümə zamanı dəyişə bilər, həm də müəyyən qaydalara tabedir. Elektron və protonun sabit hissəciklər olduğunu bizə izah edən çürümə qaydalarıdır. Onlar artıq çürümə qaydalarına tabe olaraq çürüyə bilməzlər və buna görə də çürümə zəncirlərini bitirənlər onlardır.

Burada neytron haqqında bir neçə söz demək istərdim. Sərbəst neytron da təxminən 15 dəqiqə ərzində proton və elektrona parçalanır. Ancaq neytron atom nüvəsində olduqda bu baş vermir. Bu faktı müxtəlif cür izah etmək olar. Məsələn, atomun nüvəsində çürüyən neytrondan bir elektron və əlavə proton görünəndə dərhal əks reaksiya baş verir - protonlardan biri elektronu udur və neytrona çevrilir. Bu şəkil dinamik tarazlıq adlanır. Kainatda inkişafının ilkin mərhələsində, böyük partlayışdan qısa müddət sonra müşahidə edildi.

Çürümə reaksiyaları ilə yanaşı, səpilmə reaksiyaları da mövcuddur - iki və ya daha çox hissəcik eyni vaxtda qarşılıqlı təsir göstərdikdə və nəticədə bir və ya daha çox digər hissəciklər alınır. İki və ya daha çox hissəcik bir əmələ gətirdikdə udma reaksiyaları da var. Bütün reaksiyalar güclü zəif və ya elektromaqnit qarşılıqlı təsirlər nəticəsində baş verir. Güclü qarşılıqlı təsirə görə reaksiyalar ən sürətlidir, belə bir reaksiyanın müddəti 10 minus 20 saniyəyə çata bilər. Elektromaqnit qarşılıqlı təsir nəticəsində baş verən reaksiyaların sürəti burada 10 minus 8 saniyə ola bilər; Zəif qarşılıqlı reaksiyalar üçün vaxt onlarla saniyəyə və bəzən illərə çata bilər.

Zərrəciklər haqqında hekayənin sonunda kvarklardan danışaq. Kvarklar elektronun yükünün üçdə birinə bərabər olan və sərbəst vəziyyətdə mövcud ola bilməyən elektrik yüklü elementar hissəciklərdir. Onların qarşılıqlı əlaqəsi elə qurulmuşdur ki, onlar yalnız bir şeyin bir hissəsi kimi yaşaya bilərlər. Məsələn, müəyyən tipli üç kvarkın birləşməsi protonu əmələ gətirir. Başqa bir birləşmə neytron istehsal edir. Cəmi 6 kvark məlumdur. Onların müxtəlif birləşmələri bizə müxtəlif hissəciklər verir və kvarkların bütün birləşmələrinə fiziki qanunlar tərəfindən icazə verilməsə də, kvarklardan ibarət olan hissəciklər kifayət qədər çoxdur.

Burada sual yarana bilər: proton kvarklardan ibarətdirsə, onu necə elementar adlandırmaq olar? Çox sadədir - proton elementardır, çünki onu komponent hissələrinə - kvarklara bölmək olmaz. Güclü qarşılıqlı təsirdə iştirak edən bütün hissəciklər kvarklardan ibarətdir və eyni zamanda elementardır.

Elementar hissəciklərin qarşılıqlı təsirini başa düşmək kainatın quruluşunu anlamaq üçün çox vacibdir. Makro cisimlərlə baş verən hər şey hissəciklərin qarşılıqlı təsirinin nəticəsidir. Bu, yer üzündə ağacların böyüməsini, ulduzların daxili hissəsindəki reaksiyaları, neytron ulduzlarından şüalanmanı və daha çox şeyi təsvir edən hissəciklərin qarşılıqlı təsiridir.