Mana yang lebih besar, neutron atau proton? Struktur atom - partikel dasar materi, elektron, proton, neutron

Proton adalah partikel stabil dari kelas hadron, inti atom hidrogen.

Sulit untuk mengatakan peristiwa mana yang harus dianggap sebagai penemuan proton: karena ia telah dikenal sebagai ion hidrogen sejak lama. Penciptaan model atom planet oleh E. Rutherford (1911), penemuan isotop (F. Soddy, J. Thomson, F. Aston, 1906-1919), dan pengamatan inti hidrogen yang tersingkir dari inti oleh partikel alfa berperan dalam penemuan proton nitrogen (E. Rutherford, 1919). Pada tahun 1925, P. Blackett menerima foto pertama jejak proton di ruang awan (lihat Detektor Radiasi Nuklir), yang membenarkan penemuan transformasi unsur buatan. Dalam percobaan ini, partikel β ditangkap oleh inti nitrogen, yang mengeluarkan proton dan berubah menjadi isotop oksigen.

Bersama dengan neutron, proton membentuk inti atom semuanya unsur kimia, dan jumlah proton dalam inti menentukan nomor atom suatu unsur. Sebuah proton mempunyai muatan listrik positif yang sama dengan muatan dasar, yaitu. nilai mutlak muatan elektron. Ini telah diuji secara eksperimental dengan akurasi 10-21. Massa proton mp = (938,2796 ± 0,0027) MeV atau ~ 1,6-10-24 g, yaitu proton 1836 kali lebih berat daripada elektron! DENGAN titik modern Dari sudut pandang, proton bukanlah partikel elementer sejati: ia terdiri dari dua u-quark dengan muatan listrik +2/3 (dalam satuan muatan dasar) dan satu d-quark dengan muatan listrik -1/3. Quark saling berhubungan melalui pertukaran partikel hipotetis lainnya - gluon, kuanta medan yang membawa interaksi kuat. Data dari eksperimen yang memperhitungkan proses hamburan elektron pada proton memang menunjukkan adanya pusat hamburan titik di dalam proton. Eksperimen ini dalam arti tertentu sangat mirip dengan eksperimen Rutherford yang mengarah pada penemuan inti atom. Sebagai partikel komposit, proton memiliki ukuran terbatas ~ 10-13 cm, meskipun tentu saja tidak dapat direpresentasikan sebagai bola padat. Sebaliknya, proton menyerupai awan dengan batas kabur, terdiri dari partikel virtual yang diciptakan dan dimusnahkan. Proton, seperti semua hadron, berpartisipasi dalam setiap interaksi mendasar. Jadi. interaksi kuat mengikat proton dan neutron dalam inti, interaksi elektromagnetik mengikat proton dan elektron dalam atom. Contoh interaksi lemah adalah peluruhan beta neutron atau transformasi intranuklir proton menjadi neutron dengan emisi positron dan neutrino (untuk proton bebas proses seperti itu tidak mungkin dilakukan karena hukum kekekalan dan transformasi energi, karena neutron memiliki massa yang sedikit lebih besar). Putaran proton adalah 1/2. Hadron dengan putaran setengah bilangan bulat disebut baryon (dari kata Yunani, artinya “berat”). Baryon mencakup proton, neutron, berbagai hiperon (?, ?, ?, ?) dan sejumlah partikel dengan bilangan kuantum baru, yang sebagian besar belum ditemukan. Untuk mengkarakterisasi baryon itu diperkenalkan nomor khusus-- muatan baryon, sama dengan 1 untuk baryon, -- 1 -- untuk antibaryon dan O -- untuk semua partikel lainnya. Muatan baryon bukanlah sumber medan baryon; ia diperkenalkan hanya untuk menggambarkan pola yang diamati dalam reaksi dengan partikel. Pola-pola ini dinyatakan dalam bentuk hukum kekekalan muatan baryon: perbedaan antara jumlah baryon dan antibaryon dalam sistem adalah kekal dalam setiap reaksi. Kekekalan muatan baryon membuat proton tidak mungkin meluruh, karena ini adalah baryon yang paling ringan. Hukum ini bersifat empiris dan tentunya harus diuji secara eksperimental. Keakuratan hukum kekekalan muatan baryon dicirikan oleh kestabilan proton, perkiraan eksperimental umurnya memberikan nilai tidak kurang dari 1032 tahun.

Pada saat yang sama, teori yang menggabungkan semua jenis interaksi fundamental memprediksi proses yang mengarah pada gangguan muatan baryon dan peluruhan proton. Masa hidup proton dalam teori semacam itu tidak ditunjukkan secara akurat: sekitar 1032 ± 2 tahun. Waktu ini sangat besar, jauh lebih lama dari keberadaan Alam Semesta (~ 2*1010 tahun). Oleh karena itu, proton secara praktis stabil, sehingga memungkinkan terbentuknya unsur-unsur kimia dan pada akhirnya munculnya kehidupan berakal. Namun, pencarian peluruhan proton kini mewakili salah satunya tugas yang paling penting fisika eksperimental. Dengan masa pakai proton ~ 1032 tahun dalam volume air 100 m3 (1 m3 mengandung ~ 1030 proton), diharapkan terjadi satu peluruhan proton per tahun. Yang tersisa hanyalah mencatat pembusukan ini. Penemuan peluruhan proton akan menjadi langkah penting menuju pemahaman yang benar tentang kesatuan kekuatan alam.

Neutron adalah partikel netral yang termasuk dalam kelas hadron. Ditemukan pada tahun 1932 oleh fisikawan Inggris J. Chadwick. Bersama dengan proton, neutron adalah bagiannya inti atom. Muatan listrik neutron qn sama dengan nol. Hal ini dibuktikan dengan pengukuran langsung muatan dari pembelokan berkas neutron dalam medan listrik kuat, yang menunjukkan bahwa |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.

Neutron hanya stabil pada inti atom yang stabil. Neutrino bebas adalah partikel tidak stabil yang meluruh menjadi proton (p), elektron (e-) dan elektron antineutrino. Masa hidup neutron adalah (917?14) s, yaitu sekitar 15 menit. Dalam materi, neutron bahkan lebih sedikit berada dalam bentuk bebas karena penyerapannya yang kuat oleh inti. Oleh karena itu, mereka terjadi di alam atau diproduksi di laboratorium hanya sebagai hasil reaksi nuklir.

Berdasarkan keseimbangan energi berbagai reaksi nuklir, perbedaan antara massa neutron dan proton ditentukan: mn-mp(1,29344 ±0,00007) MeV. Dengan membandingkannya dengan massa proton, diperoleh massa neutron: mn = 939,5731 ± 0,0027 MeV; ini sesuai dengan mn ~ 1.6-10-24 Neutron berpartisipasi dalam semua jenis interaksi fundamental. Interaksi kuat mengikat neutron dan proton dalam inti atom. Contoh interaksi lemah adalah peluruhan beta sebuah neutron.

Apakah partikel netral ini ikut serta dalam interaksi elektromagnetik? Neutron memiliki struktur internal, dan dengan netralitas umum, terdapat arus listrik di dalamnya, yang khususnya menyebabkan munculnya momen magnet pada neutron. Dengan kata lain, dalam medan magnet, neutron berperilaku seperti jarum kompas. Ini hanyalah salah satu contoh interaksi elektromagnetiknya. Pencarian momen dipol listrik neutron, yang batas atasnya diperoleh, mendapat perhatian besar. Di sini, eksperimen paling efektif dilakukan oleh para ilmuwan dari Institut Fisika Nuklir Leningrad dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet; Pencarian momen dipol neutron penting untuk memahami mekanisme pelanggaran invarian dalam pembalikan waktu dalam mikroproses.

Interaksi gravitasi neutron diamati langsung dari kejadiannya di medan gravitasi bumi.

Klasifikasi konvensional neutron menurut energi kinetiknya sekarang diterima:

neutron lambat (<105эВ, есть много их разновидностей),

neutron cepat (105?108eV), energi tinggi (> 108eV).

Neutron yang sangat lambat (10-7 eV), yang disebut neutron ultradingin, mempunyai sifat yang sangat menarik. Ternyata neutron ultradingin dapat terakumulasi dalam “perangkap magnet” dan putarannya bahkan dapat berorientasi ke arah tertentu di sana. Dengan menggunakan medan magnet dengan konfigurasi khusus, neutron ultradingin diisolasi dari dinding penyerap dan dapat “hidup” di dalam perangkap hingga membusuk. Hal ini memungkinkan banyak eksperimen halus untuk mempelajari sifat-sifat neutron. Metode lain untuk menyimpan neutron ultradingin didasarkan pada sifat gelombangnya. Neutron semacam itu dapat dengan mudah disimpan dalam “toples” tertutup. Ide ini diungkapkan oleh fisikawan Soviet Ya.B. Zeldovich pada akhir tahun 1950-an, dan hasil pertama diperoleh di Dubna di Institut Penelitian Nuklir hampir satu dekade kemudian.

Baru-baru ini, para ilmuwan berhasil membangun sebuah wadah di mana neutron ultradingin hidup hingga peluruhan alaminya.

Neutron bebas mampu berinteraksi secara aktif dengan inti atom sehingga menimbulkan reaksi nuklir. Sebagai hasil interaksi neutron lambat dengan materi, efek resonansi, hamburan difraksi dalam kristal, dll dapat diamati. Karena sifat-sifat ini, neutron banyak digunakan dalam fisika nuklir dan fisika benda padat. Mereka memainkan peran penting dalam energi nuklir, dalam produksi unsur transuranium dan isotop radioaktif, dan menemukan aplikasi praktis dalam analisis kimia dan eksplorasi geologi.

Atom adalah partikel terkecil dari suatu materi.
Jika Anda memperbesar sebuah apel berukuran rata-rata menjadi seukuran Bumi, atom-atomnya hanya akan seukuran sebuah apel. Meskipun dimensinya kecil, atom terdiri dari partikel fisik yang lebih kecil lagi.
Anda seharusnya sudah familiar dengan struktur atom dari pelajaran fisika sekolah Anda. Namun, mari kita ingat bahwa atom mengandung inti dan elektron, yang berputar mengelilingi inti dengan sangat cepat sehingga tidak dapat dibedakan - mereka membentuk “awan elektron”, atau kulit elektron atom.

elektron biasanya dilambangkan sebagai berikut: e − . elektron e− sangat ringan, hampir tidak berbobot, tetapi memang demikian negatif muatan listrik. Itu sama dengan −1. Arus listrik yang kita semua gunakan adalah aliran elektron yang mengalir dalam kabel.

Inti atom, di mana hampir seluruh massanya terkonsentrasi, terdiri dari dua jenis partikel - neutron dan proton.

Neutron dilambangkan sebagai berikut: N 0 , A proton Jadi: P + .
Dari segi massa, neutron dan proton hampir sama - 1,675 · 10−24 g dan 1,673 · 10−24 g.
Benar, sangat merepotkan untuk menghitung massa partikel kecil dalam gram, sehingga dinyatakan dalam satuan karbon, yang masing-masing sama dengan 1,673 · 10 −24 g.
Untuk setiap partikel yang kita dapatkan massa atom relatif, sama dengan hasil bagi massa atom (dalam gram) dibagi massa satuan karbon. Massa atom relatif proton dan neutron sama dengan 1, tetapi muatan proton positif dan sama dengan +1, sedangkan neutron tidak bermuatan.

. Teka-teki tentang atom

Sebuah atom dapat dirangkai “dalam pikiran” dari partikel-partikel, seperti mainan atau mobil dari bagian-bagian perangkat konstruksi anak-anak. Anda hanya perlu memperhatikan dua syarat penting.

• Kondisi pertama: setiap jenis atom memilikinya sendiri-sendiri set sendiri"detail" - partikel elementer. Misalnya, atom hidrogen pasti memiliki inti yang bermuatan positif +1, artinya atom tersebut pasti memiliki satu proton (tidak lebih).
  Atom hidrogen juga dapat mengandung neutron. Lebih lanjut tentang ini di paragraf berikutnya.
  Atom oksigen (nomor urut dalam Tabel Periodik adalah 8) akan mempunyai inti yang bermuatan delapan muatan positif (+8), artinya ada delapan proton. Karena massa atom oksigen adalah 16 satuan relatif, untuk mendapatkan inti oksigen, kita menambahkan 8 neutron lagi.
• Kondisi kedua adalah bahwa setiap atom seharusnya netral secara listrik. Untuk melakukan hal ini, ia harus memiliki cukup elektron untuk menyeimbangkan muatan inti. Dengan kata lain, jumlah elektron dalam suatu atom sama dengan jumlah proton pada intinya, dan juga nomor seri unsur ini dalam Tabel Periodik.

Seperti telah disebutkan, atom terdiri dari tiga jenis partikel elementer: proton, neutron, dan elektron. Inti atom adalah bagian sentral suatu atom yang terdiri dari proton dan neutron. Proton dan neutron memiliki nama umum nukleon; mereka dapat berubah menjadi satu sama lain di dalam inti. Inti atom paling sederhana - atom hidrogen - terdiri dari satu partikel elementer - proton.

Diameter inti atom kira-kira 10-13 - 10-12 cm dan sama dengan 0,0001 diameter atom. Namun, hampir seluruh massa atom (99,95-99,98%) terkonsentrasi di dalam inti. Jika 1 cm3 materi nuklir murni dapat diperoleh, massanya akan mencapai 100-200 juta ton. Massa inti atom beberapa ribu kali lebih besar dari massa seluruh elektron yang menyusun atom.

Proton- partikel elementer, inti atom hidrogen. Massa proton adalah 1,6721 x 10-27 kg, yaitu 1836 kali massa elektron. Muatan listriknya positif sebesar 1,66 x 10-19 C. Coulomb adalah satuan muatan listrik yang sama dengan jumlah listrik yang melewati penampang suatu penghantar dalam waktu 1 s pada arus konstan 1A (ampere).

Setiap atom suatu unsur mengandung sejumlah proton di dalam nukleusnya. Angka ini konstan untuk suatu unsur tertentu dan menentukan sifat fisik dan kimianya. Artinya, jumlah proton menentukan unsur kimia apa yang kita hadapi. Misalnya, jika dalam inti terdapat satu proton maka itu adalah hidrogen, jika terdapat 26 proton maka itu adalah besi. Jumlah proton dalam inti atom menentukan muatan inti (nomor muatan Z) dan nomor atom suatu unsur dalam tabel periodik unsur D.I. Mendeleev (nomor atom suatu unsur).

neutron- partikel netral secara listrik dengan massa 1,6749 x 10-27 kg, 1839 kali massa elektron. Neuron dalam keadaan bebas adalah partikel yang tidak stabil, ia secara mandiri berubah menjadi proton dengan emisi elektron dan antineutrino. Waktu paruh neutron (waktu di mana separuh jumlah awal neutron meluruh) adalah sekitar 12 menit. Namun, dalam keadaan terikat di dalam inti atom yang stabil, ia stabil. Jumlah nukleon (proton dan neutron) dalam inti disebut nomor massa (massa atom - A). Jumlah neutron yang termasuk dalam inti sama dengan selisih massa dan bilangan muatan: N = A - Z.

Elektron- partikel elementer, pembawa massa terkecil - 0,91095x10-27 g dan muatan listrik terkecil - 1,6021x10-19 C. Ini adalah partikel bermuatan negatif. Jumlah elektron dalam suatu atom sama dengan jumlah proton dalam inti, yaitu. atomnya netral secara listrik.

Positron- partikel elementer dengan muatan listrik positif, antipartikel terhadap elektron. Massa elektron dan positron adalah sama, dan muatan listrik memiliki nilai absolut yang sama, tetapi berlawanan tanda.

Berbagai jenis inti disebut nuklida. Nuklida adalah jenis atom dengan jumlah proton dan neutron tertentu. Di alam, terdapat atom-atom dari unsur yang sama dengan massa atom (nomor massa) yang berbeda:
, Kl, dll. Inti atom-atom ini mengandung jumlah proton yang sama, tetapi jumlah neutron yang berbeda. Varietas atom-atom dari unsur yang sama yang mempunyai muatan inti sama tetapi nomor massanya berbeda disebut isotop . Memiliki jumlah proton yang sama, tetapi jumlah neutron berbeda, isotop memiliki struktur kulit elektron yang sama, yaitu. sifat kimianya sangat mirip dan menempati tempat yang sama dalam tabel periodik unsur kimia.

Mereka ditandai dengan simbol unsur kimia yang sesuai dengan indeks A yang terletak di kiri atas - nomor massa, terkadang jumlah proton (Z) juga diberikan di kiri bawah. Misalnya, isotop radioaktif fosfor masing-masing diberi nama 32P, 33P, atau P dan P. Saat menentukan isotop tanpa menunjukkan simbol unsur, nomor massa diberikan setelah penandaan unsur, misalnya fosfor - 32, fosfor - 33.

Sebagian besar unsur kimia memiliki beberapa isotop. Selain isotop hidrogen 1H-protium, hidrogen berat 2H-deuterium dan hidrogen superberat 3H-tritium juga diketahui. Uranium memiliki 11 isotop; dalam senyawa alami ada tiga (uranium 238, uranium 235, uranium 233). Mereka masing-masing memiliki 92 proton dan 146.143 dan 141 neutron.

Saat ini, lebih dari 1900 isotop dari 108 unsur kimia diketahui. Dari jumlah tersebut, isotop alami mencakup semua isotop stabil (sekitar 280) dan isotop alami yang merupakan bagian dari keluarga radioaktif (46 di antaranya). Sisanya diklasifikasikan sebagai buatan, diperoleh secara artifisial sebagai hasil dari berbagai reaksi nuklir.

Istilah “isotop” hanya boleh digunakan jika kita berbicara tentang atom dari unsur yang sama, misalnya karbon 12C dan 14C. Jika yang dimaksud adalah atom dari unsur kimia yang berbeda, maka disarankan untuk menggunakan istilah “nuklida”, misalnya radionuklida 90Sr, 131J, 137Cs.

Mari kita bicara tentang cara mencari proton, neutron, dan elektron. Ada tiga jenis partikel elementer dalam sebuah atom, masing-masing memiliki muatan dasar dan massanya sendiri.

Struktur inti

Untuk memahami cara menemukan proton, neutron, dan elektron, bayangkan Itu adalah bagian utama atom. Di dalam inti terdapat proton dan neutron yang disebut nukleon. Di dalam inti, partikel-partikel ini dapat berubah menjadi satu sama lain.

Misalnya, untuk menemukan proton, neutron, dan elektron dalam satu kesatuan, Anda perlu mengetahui nomor serinya. Jika kita memperhitungkan bahwa unsur inilah yang menduduki puncak tabel periodik, maka intinya mengandung satu proton.

Diameter inti atom adalah sepersepuluh ribu dari ukuran total atom. Ini berisi sebagian besar seluruh atom. Massa inti atom ribuan kali lebih besar dari jumlah seluruh elektron yang ada dalam atom.

Karakteristik partikel

Mari kita lihat cara menemukan proton, neutron, dan elektron dalam sebuah atom, serta mempelajari fitur-fiturnya. Proton adalah proton yang sesuai dengan inti atom hidrogen. Massanya melebihi elektron sebanyak 1836 kali. Untuk menentukan satuan listrik yang melewati suatu penghantar dengan penampang tertentu digunakan muatan listrik.

Setiap atom mempunyai sejumlah proton dalam intinya. Ini adalah nilai konstan dan mencirikan sifat kimia dan fisik suatu unsur tertentu.

Bagaimana cara menemukan proton, neutron, dan elektron dalam atom karbon? Nomor atom unsur kimia ini adalah 6, oleh karena itu inti mengandung enam proton. Menurut sistem planet, enam elektron bergerak dalam orbit mengelilingi inti. Untuk menentukan jumlah neutron dari nilai karbon (12), kita kurangi jumlah proton (6), kita peroleh enam neutron.

Untuk atom besi, jumlah protonnya adalah 26, yaitu unsur ini memiliki nomor atom ke-26 dalam tabel periodik.

Neutron adalah partikel netral secara listrik, tidak stabil dalam keadaan bebas. Sebuah neutron dapat secara spontan berubah menjadi proton bermuatan positif, memancarkan antineutrino dan elektron. Waktu paruh rata-rata adalah 12 menit. Nomor massa adalah jumlah total proton dan neutron di dalam inti atom. Mari kita coba mencari cara untuk menemukan proton, neutron, dan elektron dalam ion? Jika suatu atom, selama interaksi kimia dengan unsur lain, memperoleh bilangan oksidasi positif, maka jumlah proton dan neutron di dalamnya tidak berubah, hanya elektron yang menjadi lebih sedikit.

Kesimpulan

Ada beberapa teori mengenai struktur atom, namun tidak satupun yang dapat dipercaya. Sebelum versi Rutherford dibuat, belum ada penjelasan rinci tentang letak proton dan neutron di dalam inti atom, serta rotasi elektron dalam orbit melingkar. Setelah munculnya teori struktur planet atom, para peneliti mempunyai kesempatan tidak hanya untuk menentukan jumlah partikel elementer dalam suatu atom, tetapi juga untuk memprediksi sifat fisik dan kimia suatu unsur kimia tertentu.

Banyak orang yang mengetahui dengan baik dari sekolah bahwa semua zat terdiri dari atom. Atom, pada gilirannya, terdiri dari proton dan neutron yang membentuk inti atom dan elektron yang terletak agak jauh dari inti. Banyak juga yang mendengar bahwa cahaya juga terdiri dari partikel – foton. Namun, dunia partikel tidak terbatas pada hal ini. Hingga saat ini, lebih dari 400 partikel elementer yang berbeda telah diketahui. Mari kita coba memahami perbedaan partikel elementer satu sama lain.

Ada banyak parameter yang dapat digunakan untuk membedakan partikel elementer satu sama lain:

• Berat.
• Muatan listrik.
• Seumur hidup. Hampir semua partikel elementer mempunyai masa hidup yang terbatas, setelah itu mereka meluruh.
• Putaran. Hal ini dapat dianggap, secara kasar, sebagai momen rotasi.

Beberapa parameter lagi, atau biasa disebut dalam ilmu bilangan kuantum. Parameter ini tidak selalu memiliki arti fisik yang jelas, tetapi diperlukan untuk membedakan beberapa partikel dengan partikel lainnya. Semua parameter tambahan ini dimasukkan sebagai kuantitas tertentu yang dipertahankan dalam interaksi.

Hampir semua partikel mempunyai massa, kecuali foton dan neutrino (menurut data terakhir, neutrino mempunyai massa, namun sangat kecil sehingga sering dianggap nol). Tanpa massa, partikel hanya bisa bergerak. Semua partikel mempunyai massa yang berbeda-beda. Elektron memiliki massa terkecil, belum termasuk neutrino. Partikel yang disebut meson mempunyai massa 300-400 kali massa elektron, proton dan neutron hampir 2000 kali lebih berat dari elektron. Partikel yang hampir 100 kali lebih berat dari proton kini telah ditemukan. Massa (atau energi yang setara menurut rumus Einstein:

dipertahankan dalam semua interaksi partikel elementer.

Tidak semua partikel bermuatan listrik, artinya tidak semua partikel mampu berpartisipasi dalam interaksi elektromagnetik. Semua partikel yang ada secara bebas memiliki muatan listrik yang merupakan kelipatan muatan elektron. Selain partikel yang ada secara bebas, ada juga partikel yang hanya berada dalam keadaan terikat, kita akan membicarakannya nanti.

Putaran, seperti bilangan kuantum lainnya, berbeda untuk partikel yang berbeda dan mencirikan keunikannya. Beberapa bilangan kuantum dilestarikan dalam beberapa interaksi, beberapa dalam interaksi lainnya. Semua bilangan kuantum ini menentukan partikel mana yang berinteraksi dengan partikel mana dan bagaimana.

Masa hidup juga merupakan karakteristik yang sangat penting dari sebuah partikel, dan kami akan mempertimbangkannya secara lebih rinci. Mari kita mulai dengan sebuah catatan. Seperti yang kami katakan di awal artikel, segala sesuatu yang ada di sekitar kita terdiri dari atom (elektron, proton, dan neutron) dan cahaya (foton). Lalu di manakah ratusan jenis partikel elementer yang berbeda? Jawabannya sederhana - di mana pun di sekitar kita, tetapi kita tidak menyadarinya karena dua alasan.

Yang pertama adalah bahwa hampir semua partikel lainnya hidup sangat singkat, kira-kira 10 pangkat minus 10 detik atau kurang, dan oleh karena itu tidak membentuk struktur seperti atom, kisi kristal, dll. Alasan kedua berkaitan dengan neutrino; meskipun partikel-partikel ini tidak meluruh, mereka hanya mengalami interaksi lemah dan gravitasi. Artinya, partikel-partikel ini berinteraksi sangat sedikit sehingga hampir mustahil untuk dideteksi.

Mari kita visualisasikan seberapa baik suatu partikel berinteraksi. Misalnya, aliran elektron dapat dihentikan dengan lembaran baja yang cukup tipis, hanya beberapa milimeter. Hal ini terjadi karena elektron akan segera mulai berinteraksi dengan partikel lembaran baja, mengubah arahnya secara tiba-tiba, memancarkan foton, dan dengan demikian kehilangan energi dengan cukup cepat. Hal ini tidak terjadi pada aliran neutrino; mereka dapat melewati Bumi hampir tanpa interaksi. Oleh karena itu, sangat sulit untuk mendeteksinya.

Jadi, sebagian besar partikel hidup dalam waktu yang sangat singkat, setelah itu mereka hancur. Peluruhan partikel adalah reaksi yang paling umum. Akibat peluruhan, satu partikel terpecah menjadi beberapa partikel lain yang bermassa lebih kecil, dan partikel-partikel tersebut selanjutnya meluruh lebih lanjut. Semua pembusukan mematuhi aturan tertentu - hukum konservasi. Jadi, misalnya akibat peluruhan, muatan listrik, massa, putaran, dan sejumlah bilangan kuantum lainnya harus kekal. Beberapa bilangan kuantum dapat berubah selama peluruhan, namun juga tunduk pada aturan tertentu. Aturan peluruhan inilah yang memberi tahu kita bahwa elektron dan proton adalah partikel stabil. Mereka tidak dapat lagi membusuk jika tunduk pada aturan pembusukan, dan oleh karena itu merekalah yang mengakhiri rantai pembusukan.

Di sini saya ingin menyampaikan beberapa patah kata tentang neutron. Neutron bebas juga meluruh menjadi proton dan elektron dalam waktu sekitar 15 menit. Namun, hal ini tidak terjadi bila neutron berada di dalam inti atom. Fakta ini dapat dijelaskan dengan berbagai cara. Misalnya, ketika sebuah elektron dan proton tambahan dari neutron yang membusuk muncul di inti atom, reaksi sebaliknya segera terjadi - salah satu proton menyerap elektron dan berubah menjadi neutron. Gambaran ini disebut keseimbangan dinamis. Ia diamati di alam semesta pada tahap awal perkembangannya, tak lama setelah Big Bang.

Selain reaksi peluruhan, ada juga reaksi hamburan - ketika dua atau lebih partikel berinteraksi secara bersamaan, dan sebagai hasilnya diperoleh satu atau lebih partikel lain. Ada juga reaksi penyerapan, ketika dua partikel atau lebih menghasilkan satu. Semua reaksi terjadi sebagai akibat dari interaksi kuat lemah atau elektromagnetik. Reaksi akibat interaksi kuat adalah yang paling cepat, waktu reaksinya bisa mencapai 10 dikurangi 20 detik. Kecepatan reaksi yang terjadi akibat interaksi elektromagnetik lebih rendah, disini waktunya bisa sekitar 10 dikurangi 8 detik. Untuk reaksi interaksi lemah, waktunya bisa mencapai puluhan detik bahkan terkadang bertahun-tahun.

Di akhir cerita tentang partikel, mari kita bahas tentang quark. Quark adalah partikel elementer yang mempunyai muatan listrik kelipatan sepertiga muatan elektron dan tidak dapat berada dalam keadaan bebas. Interaksi mereka diatur sedemikian rupa sehingga mereka hanya bisa hidup sebagai bagian dari sesuatu. Misalnya, kombinasi tiga quark dari tipe tertentu membentuk sebuah proton. Kombinasi lain menghasilkan neutron. Sebanyak 6 quark diketahui. Kombinasi mereka yang berbeda menghasilkan partikel yang berbeda, dan meskipun tidak semua kombinasi quark diperbolehkan oleh hukum fisika, ada cukup banyak partikel yang tersusun dari quark.

Di sini mungkin timbul pertanyaan: bagaimana sebuah proton bisa disebut elementer jika terdiri dari quark? Ini sangat sederhana - proton adalah unsur dasar, karena ia tidak dapat dipecah menjadi bagian-bagian penyusunnya - quark. Semua partikel yang berpartisipasi dalam interaksi kuat terdiri dari quark, dan pada saat yang sama bersifat elementer.

Memahami interaksi partikel elementer sangat penting untuk memahami struktur alam semesta. Segala sesuatu yang terjadi pada benda makro merupakan hasil interaksi partikel. Interaksi partikel inilah yang menggambarkan pertumbuhan pepohonan di bumi, reaksi di bagian dalam bintang, radiasi bintang neutron, dan masih banyak lagi.