الجسيمات التي هي أصغر من الذرة

تمثل الذرات أصغر أجزاء المادة بخصائص ثابتة ، ويشار إليها على أنها الوحدة الأساسية للمادة. ومع ذلك ، اكتشف العلماء أن الذرات ليست أصغر الجسيمات في الطبيعة. على الرغم من صغر حجمها ، يوجد عدد من الجسيمات الأصغر بكثير ، والمعروفة باسم الجسيمات دون الذرية. في الواقع ، هذه الجسيمات دون الذرية هي التي تشكل اللبنات الأساسية لعالمنا ، مثل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات والكواركات ، أو تدمرها ، مثل جسيمات ألفا وبيتا.

اكتشف إيرنست رذرفورد البروتون في عام 1919. يقع هذا الجسيم دون الذري في نوى الذرات. تساوي كتلة الجسيم كتلة ذرية واحدة تقريبًا ، وتمثل ، إلى جانب نيوترونات الذرة ، غالبية كتلة الذرة الكلية. البروتونات لها شحنة موجبة. تحتوي ذرات كل عنصر على عدد محدد من البروتونات ، والتي تمثل العدد الذري للعناصر.

اكتشف جيمس تشادويك النيوترون في عام 1932. يقع هذا الجسيم دون الذري في نوى الذرات. تساوي كتلة الجسيم كتلة ذرية واحدة تقريبًا ، وتمثل ، جنبًا إلى جنب مع بروتونات الذرة ، غالبية الكتلة الكلية للذرة. ليس للنيوترونات شحنة كهربائية. يمكن أن يختلف عدد النيوترونات بالنسبة لذرات عنصر معين ، مع كل اختلاف يسمى نظير.

كان الإلكترون أول جسيم دون ذري يتم التعرف عليه ، اكتشفه السير جون جوزيف طومسون في عام 1897. تدور الإلكترونات حول نواة الذرة فيما يشار إليه بسحابة إلكترونية. كتلة الجسيم صغيرة ، حوالي 1840 مرة أصغر من البروتونات والنيوترونات. الجسيم دون الذري له شحنة سالبة. الإلكترونات هي المسؤولة بشكل أساسي عن التفاعلات الكيميائية. تُفقد الإلكترونات الموجودة في المدار الخارجي أو تكتسبها أو تتقاسمها مع ذرات أخرى ، وتشكل روابط كيميائية.

تمثل جسيمات ألفا نوى ذرات الهيليوم المكونة من بروتونين ونيوترونين. يتم إنتاج هذه الجسيمات دون الذرية عن طريق اضمحلال ألفا المشع في ذرات كبيرة غير مستقرة. تتمتع هذه الجسيمات بطاقة منخفضة نسبيًا وغير قادرة على اختراق المواد الأخرى بعمق. ومع ذلك ، نظرًا لحجمها ، يمكن أن تكون جسيمات ألفا مدمرة للغاية للخلايا البشرية التي يمكنها الاتصال بها.

تمثل جسيمات بيتا الإلكترونات الحرة أو البوزيترونات. البوزيترونات لها نفس كتلة الإلكترونات ، لكنها تمتلك شحنة موجبة. يتم إنتاج جسيمات بيتا عن طريق تحلل بيتا المشع. لديهم طاقة عالية نسبيًا ويتحركون بسرعات عالية. بسبب هذه الخصائص ، فإن جسيمات بيتا قادرة على اختراق المواد حوالي 100 مرة أعمق من جسيمات ألفا.

تمثل الكواركات أصغر الجسيمات دون الذرية المعروفة. تعتبر لبنات بناء المادة هذه الجسيمات الأولية الجديدة ، لتحل محل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات باعتبارها الجسيمات الأساسية للكون. هناك ستة أنواع تسمى نكهات الكواركات: علوي ، سفلي ، ساحر ، غريب ، علوي وأسفل. علاوة على ذلك ، تأتي الكواركات بثلاثة ألوان تمثل قوتها: الأحمر والأزرق والأخضر. الكواركات العلوية والسفلية هي الأكثر شيوعًا والأقل كتلة. تتكون البروتونات من كوارك سفلي واثنين من الكواركات العلوية ، بينما تتكون النيوترونات من كوارك سفلي واثنان كواركات علوية.