חלקיקים קטנים מאטום

אטומים מייצגים את החלקים הקטנים ביותר של חומר בעלי תכונות קבועות, ומכונים היחידה הבסיסית של החומר. עם זאת, מדענים גילו כי אטומים אינם החלקיקים הקטנים ביותר בטבע. למרות גודלם הזעיר קיימים מספר חלקיקים קטנים בהרבה, המכונים חלקיקים תת אטומיים. למעשה, החלקיקים התת אטומיים האלה הם שיוצרים את אבני הבניין של עולמנו, כגון פרוטונים, נויטרונים, אלקטרונים וקווארקים, או הורסים אותו, כמו חלקיקי אלפא ובטא.

הפרוטון התגלה על ידי ארנסט רתרפורד בשנת 1919. חלקיק תת אטומי זה ממוקם בגרעיני האטומים. המסה של החלקיק שווה למסה אטומית אחת בערך, יחד עם הנויטרונים של האטום, מהווה את רוב המסה הכוללת של האטום. לפרוטונים יש מטען חיובי. לאטומים של כל יסוד יש מספר מוגדר של פרוטונים, המייצגים את יסודות האטום.

הנויטרון התגלה על ידי ג'יימס צ'דוויק בשנת 1932. חלקיק תת אטומי זה ממוקם בגרעיני האטומים. המסה של החלקיק שווה למסה אטומית אחת בערך, יחד עם פרוטוני האטום, מהווה את רוב המסה הכוללת של האטום. לנייטרונים אין מטען חשמלי. מספר הנויטרונים יכול להשתנות באטומים של יסוד נתון, כאשר כל וריאציה נקראת איזוטופ.

האלקטרון היה החלקיק התת אטומי הראשון שזוהה, שהתגלה על ידי סר ג'ון ג'וזף תומסון בשנת 1897. אלקטרונים מקיפים סביב גרעין האטום במה שמכונה ענן אלקטרונים. המסה של החלקיק קטנה, קטנה פי 1,840 מפרוטונים ונויטרונים. לחלקיק התת אטומי יש מטען שלילי. אלקטרונים אחראים בעיקר לאינטראקציות כימיות. אלקטרונים במסלול החיצוני הולכים לאיבוד, נצברים או משותפים עם אטומים אחרים ויוצרים קשרים כימיים.

חלקיקי אלפא מייצגים את הגרעינים של אטומי הליום, המורכבים משני פרוטונים ושני נויטרונים. חלקיקים תת אטומיים אלה מיוצרים על ידי ריקבון אלפא הרדיואקטיבי באטומים גדולים ולא יציבים. לחלקיקים אלה אנרגיה נמוכה יחסית ואינם מסוגלים לחדור עמוק מאוד לחומרים אחרים. עם זאת, בשל גודלם, חלקיקי אלפא יכולים להיות הרסניים ביותר לתאים אנושיים שהם מצליחים לבוא איתם במגע.

חלקיקי בטא מייצגים אלקטרונים חופשיים או פוזיטרונים. לפוזיטרונים מסה זהה לאלקטרונים, אך הם בעלי מטען חיובי. חלקיקי בטא מיוצרים על ידי ריקבון בטא רדיואקטיבי. יש להם אנרגיה גבוהה יחסית ונעים במהירות גבוהה. בגלל תכונות אלה, חלקיקי בטא מסוגלים לחדור לחומרים עמוקים פי 100 מחלקיקי אלפא.

הקווארקים מייצגים את החלקיקים הקטנים הידועים ביותר. אבני בניין אלה של חומר נחשבות לחלקיקים היסודיים החדשים, המחליפות פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים כחלקיקי היסוד של היקום. ישנם שישה סוגים, הנקראים טעמים של קווארקים: למעלה, למטה, קסם, מוזר, למעלה ולמטה. יתר על כן, קווארקים מגיעים בשלושה צבעים, המייצגים את כוחם: אדום, כחול וירוק. קווארקים למעלה ולמטה הם הנפוצים ביותר והכי פחות מאסיביים. פרוטונים מורכבים מקוורק אחד למטה ושני מעלה, ואילו נויטרונים מורכבים מקוורק אחד למטה ושני מעלים.