Σωματίδια που είναι μικρότερα από ένα άτομο

Τα άτομα αντιπροσωπεύουν τα μικρότερα κομμάτια της ύλης με σταθερές ιδιότητες και αναφέρονται ως η βασική μονάδα της ύλης. Ωστόσο, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα άτομα δεν είναι τα μικρότερα σωματίδια στη φύση. Παρά το μικρό τους μέγεθος, υπάρχουν αρκετά πολύ μικρότερα σωματίδια, γνωστά ως υποατομικά σωματίδια. Στην πραγματικότητα, αυτά τα υποατομικά σωματίδια σχηματίζουν τα δομικά στοιχεία του κόσμου μας, όπως πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια και κουάρκ, ή το καταστρέφουν, όπως σωματίδια άλφα και βήτα.

Το πρωτόνιο ανακαλύφθηκε από τον Earnest Rutherford το 1919. Αυτό το υποατομικό σωματίδιο βρίσκεται στους πυρήνες των ατόμων. Η μάζα του σωματιδίου ισούται με περίπου μία ατομική μάζα και, μαζί με τα νετρόνια του ατόμου, αντιπροσωπεύει την πλειονότητα της συνολικής μάζας ενός ατόμου. Τα πρωτόνια έχουν θετική φόρτιση. Τα άτομα κάθε στοιχείου έχουν έναν καθορισμένο αριθμό πρωτονίων, που αντιπροσωπεύουν τον ατομικό αριθμό των στοιχείων.

Το νετρόνιο ανακαλύφθηκε από τον Τζέιμς Τσάντγουικ το 1932. Αυτό το υποατομικό σωματίδιο βρίσκεται στους πυρήνες των ατόμων. Η μάζα του σωματιδίου είναι ίση με περίπου μία ατομική μάζα και, μαζί με τα πρωτόνια του ατόμου, αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο μέρος της συνολικής μάζας του ατόμου. Τα νετρόνια δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να ποικίλει για άτομα ενός δεδομένου στοιχείου, με κάθε παραλλαγή να ονομάζεται ισότοπο.

Το ηλεκτρόνιο ήταν το πρώτο υποατομικό σωματίδιο που ταυτοποιήθηκε, ανακαλύφθηκε από τον Sir John Joseph Thomson το 1897. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα ενός ατόμου σε αυτό που αναφέρεται ως σύννεφο ηλεκτρονίων. Η μάζα των σωματιδίων είναι μικρή, περίπου 1.840 φορές μικρότερη από τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Το υποατομικό σωματίδιο έχει αρνητικό φορτίο. Τα ηλεκτρόνια είναι κυρίως υπεύθυνα για χημικές αλληλεπιδράσεις. Τα ηλεκτρόνια στην εξωτερική τροχιά χάνονται, αποκτώνται ή μοιράζονται με άλλα άτομα, σχηματίζοντας χημικούς δεσμούς.

Τα σωματίδια άλφα αντιπροσωπεύουν τους πυρήνες των ατόμων ηλίου, που αποτελούνται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Αυτά τα υποατομικά σωματίδια παράγονται με ραδιενεργό άλφα διάσπαση σε μεγάλα, ασταθή άτομα. Αυτά τα σωματίδια έχουν σχετικά χαμηλή ενέργεια και δεν μπορούν να διεισδύσουν πολύ βαθιά σε άλλα υλικά. Ωστόσο, λόγω του μεγέθους τους, τα σωματίδια άλφα μπορεί να είναι εξαιρετικά καταστροφικά για τα ανθρώπινα κύτταρα με τα οποία καταφέρνουν να έρθουν σε επαφή.

Τα σωματίδια βήτα αντιπροσωπεύουν ελεύθερα ηλεκτρόνια ή ποζιτρόνια. Τα ποζιτρόνια έχουν την ίδια μάζα με τα ηλεκτρόνια, αλλά έχουν θετικό φορτίο. Τα βήτα σωματίδια παράγονται με ραδιενεργό βήτα αποσύνθεση. Έχουν σχετικά υψηλή ενέργεια και κινούνται σε υψηλές ταχύτητες. Λόγω αυτών των ιδιοτήτων, τα σωματίδια βήτα είναι σε θέση να διεισδύσουν σε υλικά περίπου 100 φορές βαθύτερα από τα σωματίδια άλφα.

Τα κουάρκ αντιπροσωπεύουν τα μικρότερα γνωστά υποατομικά σωματίδια. Αυτά τα δομικά στοιχεία της ύλης θεωρούνται τα νέα στοιχειώδη σωματίδια, που αντικαθιστούν τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια ως τα θεμελιώδη σωματίδια του σύμπαντος. Υπάρχουν έξι τύποι, που ονομάζονται γεύσεις κουάρκ: πάνω, κάτω, γοητεία, παράξενα, πάνω και κάτω. Επιπλέον, τα κουάρκ έρχονται σε τρία χρώματα, που αντιπροσωπεύουν τη δύναμή τους: κόκκινο, μπλε και πράσινο. Τα πάνω και κάτω κουάρκ είναι τα πιο κοινά και λιγότερο μαζικά. Τα πρωτόνια αποτελούνται από ένα κάτω και δύο άνω κουάρκ, ενώ τα νετρόνια αποτελούνται από ένα κάτω και δύο άνω κουάρκ.