Элементарные и субатомные частицы
Атом – самая маленькая частица материи, которую нельзя разделить химическими средствами, но атомы состоят из более мелких кусочков, называемых субатомными частицами. Если еще больше разбить его, субатомные частицы часто состоят из элементарных частиц. Вот посмотрите на три основные субатомные частицы в атоме, их электрические заряды, массы и свойства. Оттуда узнайте о некоторых ключевых элементарных частицах.
Протоны
Самой основной единицей атома является протон, потому что количество протонов в атоме определяет его идентичность как элемента. Технически одиночный протон можно рассматривать как атом элемента (в данном случае водорода).
Чистый заряд: +1
Масса покоя: 1,67262 × 10 −27 кг
Нейтроны
Ядро атома состоит из двух субатомных частиц, которые связаны друг с другом сильной ядерной силой. Одна из этих частиц – протон. Другой – нейтрон. Нейтроны примерно того же размера и массы, что и протоны, но у них отсутствует общий электрический заряд или они электрически нейтральны . Количество нейтронов в атоме не влияет на его идентичность, но определяет его изотоп.
Чистый заряд: 0 (хотя каждый нейтрон состоит из заряженных субатомных частиц)
Масса покоя: 1,67493 × 10 −27 кг (немного больше, чем у протона)
Электроны
Третий основной тип субатомной частицы в атоме это электрон. Электроны намного меньше протонов или нейтронов и обычно вращаются вокруг ядра атома на относительно большом расстоянии от его ядра. Чтобы представить размер электрона в перспективе, протон в 1863 раза массивнее. Поскольку масса электрона очень мала, при вычислении массового числа атома учитываются только протоны и нейтроны.
Чистый заряд: -1
Масса покоя: 9.10938356 × 10 −31 кг
Поскольку электрон и протон имеют противоположные заряды, они притягиваются друг к другу. Также важно отметить, что заряд электрона и протона, хотя и противоположен, одинаковы по величине. У нейтрального атома равное количество протонов и электронов.
Поскольку электроны вращаются вокруг ядер атомов, они являются субатомными частицами, которые влияют на химические реакции.. Потеря электронов может привести к образованию положительно заряженных частиц, называемых катионами. Получение электронов может привести к образованию отрицательных частиц, называемых анионами. Химия – это, по сути, изучение переноса электронов между атомами и молекулами.
Элементарные частицы
Субатомные частицы могут быть классифицированы как составные частицы или элементарные частицы. Композиционные частицы состоят из более мелких частиц. Элементарные частицы нельзя разделить на более мелкие единицы.
Стандартная модель физики включает как минимум:
- 6 разновидностей кварков: вверх, вниз, вверху, внизу, странный, заряд
- 6 видов лептонов: электрон, мюон, тау, электронное нейтрино, мюонное нейтрино, тау-нейтрино
- бозоны 12-го калибра, в том числе фотон, 3 W- и Z-бозоны и 8 глюонов.
- Бозон Хиггса
Предлагаются и другие элементарные частицы, включая гравитон и магнитный монополь.
Итак, электрон – это субатомная частица, элементарная частица и разновидность лептона. Протон – это субатомная составная частица, состоящая из двух верхних кварков и одного нижнего кварка. Нейтрон – это субатомная составная частица, состоящая из двух нижних кварков и одного верхнего кварка.
Адроны и экзотические субатомные частицы
Составные частицы также можно разделить на группы. Например, адрон – это составная частица, состоящая из кварков, которые удерживаются вместе сильным взаимодействием почти так же, как протоны и нейтроны связываются вместе, образуя атомные ядра.
Есть два основных семейства адронов: барионы и мезоны. Барионы состоят из трех кварков. Мезоны состоят из одного кварка и одного антикварка. Кроме того, существуют экзотические адроны, экзотические мезоны и экзотические барионы, которые не соответствуют обычным определениям частиц.
Протоны и нейтроны – это два типа барионов и, следовательно, два разных адрона. . Пионы – это примеры мезонов. Хотя протоны являются стабильными частицами, нейтроны стабильны только тогда, когда они связаны в атомных ядрах (период полураспада около 611 секунд). Другие адроны нестабильны.
Теории суперсимметричной физики предсказывают еще больше частиц. Примеры включают нейтралино, которые являются суперпартнерами нейтральных бозонов, и слептоны, которые являются суперпартнерами лептонов.
Кроме того, существуют частицы антивещества, соответствующие частицам материи. Например, позитрон – это элементарная частица, которая является двойником электрона. Подобно электрону, он имеет спин 1/2 и такую же массу, но электрический заряд +1.
