Частинки, з яких складаються атоми, можна уявляти собі по-різному – наприклад, у вигляді круглих порошинок. Вони настільки малі, що кожну таку порошинку неможливо розглянути окремо. Всі речовина, яка знаходиться в навколишньому світі, складається з таких частинок. Що ж являють собою ті частинки, з яких складаються атоми?

Визначення

Субатомна частинка є одним з тих «цеглинок», з яких побудований весь навколишній світ. До таких часток відносять протони і нейтрони, які входять до складу атомних ядер. Також до цієї категорії належать і електрони, що обертаються навколо ядер. Іншими словами, субатомні частинки у фізиці – це протони, нейтрони та електрони. У звичному для людини світі, як правило, не зустрічається частинок іншого роду – живуть вони надзвичайно мало. Коли їх вік закінчується, відбувається їх розпад на звичайні частинки.


Кількість же тих субатомних частинок, які живуть відносно недовго, на сьогоднішній день обчислюється сотнями. Їх кількість настільки велика, що вчені вже не використовують звичайних назв для їх позначення. Як і зіркам, їм часто присвоюються числові і буквені позначення.

Основні характеристики

До числа найбільш важливих характеристик будь-субатомної частинки відносять спін, електричний заряд, а також маса. Так як нерідко вага частинки виявляється пов'язаним з масою, деякі з частинок традиційно носять назву «важких». Рівняння, яке вивів Ейнштейн (E = mc2), вказує на те, що маса субатомної частинки залежить від її енергії і швидкості. Що стосується електричного заряду, то він завжди кратний фундаментальної одиниці. Приміром, якщо заряд протона дорівнює +1 то заряд електрона становить -1. Однак деякі з субатомних частинок, наприклад, фотон або нейтрино, не мають електричного заряду взагалі.


Також важливою характеристикою є час життя частинки. Зовсім недавно вчені були впевнені, що електрони, фотони, а також нейтрино і протони абсолютно стабільні, і їх час життя практично нескінченно. Однак це не зовсім так. Нейтрон, наприклад, залишається стабільним тільки до того часу, поки він не «звільняється» з ядра атома. Після цього час його життя в середньому становить 15 хвилин. Всі нестабільні частинки зазнають процес квантового розпаду, який ніколи не може бути повністю передбачуваним.

Дослідження часток

Атом вважався неподільним – до тих пір, поки не було відкрито його будова. Приблизно століття тому Резерфорд зробив свої знамениті досліди, які полягали в бомбардування тонкого листа потоком альфа-частинок. З'ясувалося, що атоми речовини є практично порожніми. А в центрі атома знаходиться все те, що ми називаємо ядром атома – воно приблизно в тисячу разів менше самого атома. На той момент вчені вважали, що атом складається з двох типів частинок – ядра і електронів. З часом у вчених виникло питання: чому протон, електрон і позитрон тримаються разом, і не розпадаються в різні боки під дією кулонівських сил? А також для вчених того часу залишалося неясним: якщо ці частинки є елементарними, то з ними нічого не може статися, і вони повинні жити вічно.
З розвитком квантової фізики дослідники з'ясували, що нейтрон піддається розпаду, і при цьому досить швидкому. Він розпадається на протон, електрон і ще щось, що неможливо було вловити. Останнє було помічено за нестачі енергії. Тоді вчені припускали, що список елементарних частинок вичерпаний, однак тепер відомо, що це далеко не так. Була відкрита нова частинка під назвою нейтрино. Вона не несе ніякого електричного заряду і має надзвичайно малою масою.

Нейтрон

Нейтрон – субатомна частинка, яка володіє нейтральним електричним зарядом. Її маса практично в 2 тисячі разів перевищує масу електрона. Оскільки нейтрони відносяться до класу нейтральних частинок, то вони безпосередньо взаємодіють з ядрами атомів, а не з їхніми електронними оболонками. Також у нейтронів є магнітний момент, що дозволяє вченим досліджувати мікроскопічну магнітну структуру речовини. Нейтронне випромінювання є нешкідливим навіть для біологічних організмів.

Субатомна частинка – протон

Вчені з'ясували, що ці «цеглинки матерії» складаються з трьох кварків. Протон є позитивно зарядженою частинкою. Маса протона перевершує масу електрона у 1836 раз. Один протон і один електрон, з'єднуючись, утворюють найпростіший хімічний елемент – атом водню. До недавнього часу вважалося, що протони не можуть змінювати свій радіус в залежності від того, які електрони обертаються над ними. Протон є електрично зарядженою частинкою. З'єднуючись з електроном, він перетворюється в нейтрон.

Електрон

Електрон вперше був виявлений англійським фізиком Дж. Томсоном у 1897 р. Ця частка, як зараз вважають вчені, є елементарним, або точковим об'єктом. Так називається субатомна частинка в атомі, яка не має власної структури – не складається з якихось інших, більш дрібних складових. У союзі з протоном і нейтроном електрон утворює атом. Зараз вчені ще не з'ясували, з чого ж складається ця частка. Електрон є частинкою, яка має нескінченно малим електричним зарядом. Саме слово «електрон» в перекладі з давньогрецької означає «янтар» - адже саме бурштин вчені Еллади використовували для того, щоб досліджувати явища електрики. Цей термін був запропонований британським фізиком у 1894 р. Дж. Стогни.

Навіщо потрібно вивчати елементарні частинки?

Найпростіший відповідь на питання про те, навіщо вченим необхідно знання про субатомних частинках, звучить так: щоб мати інформацію про внутрішню будову атома. Однак таке твердження містить у собі лише частку істини. Насправді, вчені вивчають не просто внутрішня будова атома – основним полем їх досліджень є зіткнення найдрібніших частинок речовини. Коли ці частинки, що володіють величезною енергією, стикаються один з одним на великих швидкостях, в буквальному сенсі слова відбувається народження нового світу, а осколки матерії, що залишаються після зіткнень, допомагають розкрити таємниці природи, завжди залишалися загадкою для вчених.