|
Streszczenie
Atomy składają się z elektronów, protonów i neutronów. Elektrony są cząstkami elementarnymi, czyli nie rozpadają się na mniejsze. Protony i neutrony nie są cząstkami elementarnymi a składają się, każdy z nich, z trzech kwarków, ale dwóch tylko typów - up i down. Kwarki uważamy za cząstki elementarne. Ogólnie cząstek elementarnych jest więcej, ale najważniejsze z nich to elektrony, kwarki i cząstki światła, czyli fotony.
| 1. A-tomos
Najmniejsze cząstki, niepodzielne z punktu widzenia chemii, nazywamy atomami, z greckiego a-tomos, czyli nie-podzielny. W reakcjach chemicznych atom łączy się z atomem, tworząc tzw. cząsteczki.
|
| 2. Promieniotwórczość
Atom nie jest niepodzielny w punktu widzenia fizyki. Już w końcu XIX wieku zauważono, że atomy uranu emitują niewidzialne promieniowanie, zaciemniające kliszę fotograficzną. Badała to m.in. Maria Skłodowska.
|
| 3. Reakcje promieniotwórcze
Maria Skłodowska, w ramach swojej pracy doktorskiej, pokazała, że w reakcjach promieniotwórczych jeden atom (np. radu) zamienia się w drugi (np. polonu). Atomy nie są więc niepodzielne.
|
| 4. Elektrony
W tym samym czasie (1897) J. J. Thompson pokazał, że cząstki kreślące obraz w starym typie telewizorów ( z tzw. kineskopem) mają określoną masę (bardzo małą) i określony, ujemny ładunek. Nazwał te cząstki elektronami.
|
| 5. Elektrony a chemia
Elektrony, o masie 9.1x10-31kg i ładunku 1.6x10- 19C są cząstkami elementarnymi – najmniejszymi ze znanych nam składników materii. To przemieszczanie się elektronów atomu do atomu tworzy wiązanie chemiczne a ruch elektronów w kablu – to prąd elektryczny.
|
| 6. Protony i neutrony
W skład atomów wchodzą więc: 1) ujemne, lekkie elektrony, 2) dodatnie protony, znacznie cięższe (1837 razy) i, jak odkryto dopiero w 1931 roku, neutralne neutrony, o masie prawie takiej samej, jak protony.
|
| 7. Jądro atomowe
Protony i neutrony są skupione w małym, centralnym jądrze (o promieniu około 10-15m) a elektrony krążą po orbitach dość odległych od jądra, o promieniu około 10-10m. Przypomina to nieco Układ Słoneczny.
|
| 8. Rozpady promieniotwórcze
Zagadką było, dlaczego masy protonu (i neutronu) tak bardzo się różnią od masy elektronu. Jeszcze dziwniejsze, dlaczego czasami (w potasie 41K raz na miliard lat) neutron w jądrze zamienia się na proton.
|
| 9. Jądra dziwne
W 1952 roku, polscy uczeni J. Danysz i M. Pniewski badając klisze fotograficzne naświetlone promieniowaniem kosmicznym odkryli nowy typ jądra atomowego, żyjący mikrosekundy. Nazwali te jądra dziwnymi.
|
| 10. Kwarki
Za pomocą akceleratorów fizycy odkryli znacznie więcej nietrwałych cząstek. W latach 60-tych zeszłego stulecia stało się jasne, że protony i neutrony muszą się składać z mniejszych cząstek, które zabawnie nazwano kwarkami.
|
| 11. Bozon Higgsa
Kwarki są dość lekkie, 6-9 razy cięższe niż elektron mimo, że składają się na ciężkie protony i neutrony. Zostało przewidziane teoretycznie 50 lat temu, a sprawdzone doświadczalnie 2012 roku, że za masę kwarków odpowiada bozon Higgsa.
|
| 12. E=mc2
Główny przyczynek do masy protonu pochodzi jednak z efektu relatywistycznego, zgodnie z równaniem Einsteina E=mc2. Równanie energii znamy, ale nie potrafimy jeszcze wyliczyć, dlaczego masa protonu i neutronu jest aż tak duża.
|
| 13. Cząstki elementarne
Najmniejszymi składnikami materii są więc ujemne elektrony i kwarki, o ułamkowym ładunku (dodatnim lub ujemnym). Kwarków są trzy rodziny, występują one w trzech kolorach i mają swoje przeciwieństwa, czyli anty-cząstki.
|
| 14. Co dalej?
Wraz z odkryciem doświadczalnym bozonu Higgsa zamyka się pewien rozdział w historii fizyki, zapoczątkowany przez Henri Becquerela, Marię i Piotra Curie ponad sto lat temu. Czy istnieją cząstki mniejsze niż kwarki, jest ciągle przedmiotem dyskusji.
|
| |
Koncepcja i tekst: GK
Odnośniki dydaktyczne i redakcja html: KS
|
|
