Cząstki mniejsze od atomu

Atomy reprezentują najmniejsze cząstki materii o stałych właściwościach i są określane jako podstawowa jednostka materii. Jednak naukowcy odkryli, że atomy nie są najmniejszymi cząsteczkami w przyrodzie. Pomimo ich niewielkich rozmiarów istnieje wiele znacznie mniejszych cząstek, znanych jako cząstki subatomowe. W rzeczywistości to właśnie te subatomowe cząstki tworzą elementy budulcowe naszego świata, takie jak protony, neutrony, elektrony i kwarki, lub niszczą je, takie jak cząstki alfa i beta.

Proton został odkryty przez Earnesta Rutherforda w 1919 roku. Ta cząstka subatomowa znajduje się w jądrach atomów. Masa cząstki jest równa w przybliżeniu jednej masie atomowej i wraz z neutronami atomu stanowi większość całkowitej masy atomu. Protony mają ładunek dodatni. Atomy każdego pierwiastka mają określoną liczbę protonów, reprezentujących liczbę atomową pierwiastków.

Neutron został odkryty przez Jamesa Chadwicka w 1932 roku. Ta cząstka subatomowa znajduje się w jądrach atomów. Masa cząstki jest równa w przybliżeniu jednej masie atomowej i wraz z protonami atomu stanowi większość całkowitej masy atomu. Neutrony nie mają ładunku elektrycznego. Liczba neutronów może być różna dla atomów danego pierwiastka, a każda odmiana nazywana jest izotopem.

Elektron był pierwszą zidentyfikowaną cząstką subatomową, odkrytą przez Sir Johna Josepha Thomsona w 1897 roku. Elektrony krążą wokół jądra atomu w tzw. chmurze elektronowej. Masa cząstki jest niewielka, około 1840 razy mniejsza niż protony i neutrony. Cząstka subatomowa ma ładunek ujemny. Elektrony są przede wszystkim odpowiedzialne za interakcje chemiczne. Elektrony na orbicie zewnętrznej są tracone, zdobywane lub dzielone z innymi atomami, tworząc wiązania chemiczne.

Cząstki alfa reprezentują jądra atomów helu, składające się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Te subatomowe cząstki powstają w wyniku radioaktywnego rozpadu alfa w dużych, niestabilnych atomach. Cząstki te mają stosunkowo niską energię i nie są w stanie wniknąć bardzo głęboko w inne materiały. Jednak ze względu na swój rozmiar cząstki alfa mogą być niezwykle destrukcyjne dla ludzkich komórek, z którymi uda im się wejść w kontakt.

Cząstki beta reprezentują swobodne elektrony lub pozytony. Pozytrony mają taką samą masę jak elektrony, ale posiadają ładunek dodatni. Cząsteczki beta są wytwarzane przez radioaktywny rozpad beta. Mają stosunkowo dużą energię i poruszają się z dużą prędkością. Ze względu na te właściwości cząstki beta są w stanie penetrować materiały około 100 razy głębiej niż cząstki alfa.

Kwarki reprezentują najmniejsze znane cząstki subatomowe. Te elementy budulcowe materii są uważane za nowe cząstki elementarne, zastępujące protony, neutrony i elektrony jako podstawowe cząstki wszechświata. Istnieje sześć rodzajów, zwanych smakami kwarków: górny, dolny, urokliwy, dziwny, górny i dolny. Ponadto kwarki występują w trzech kolorach reprezentujących ich siłę: czerwonym, niebieskim i zielonym. Kwarki górny i dolny są najpowszechniejszymi i najmniej masywnymi. Protony składają się z jednego dolnego i dwóch górnych kwarków, natomiast neutrony z jednego dolnego i dwóch górnych kwarków.