ذرات درون اتمی: اجزاء اصلی ساختار ماده

ذرات درون اتمی که در واقع سنگ بنای ساختار ماده هستند چیستند؟ چگونه این ذرات در پایداری ماده و مشخصات آن نقش دارند؟ این مقاله را مطالعه کنید تا جواب تمامی این سؤالات را بگیرید.
هر چیزی که در این جهان وجود دارد از اتم ساخته شده است. این کلید فهم بسیاری از ویژگی‎های ماده است. در طبیعت 92 نوع اتم وجود دارد که این اتم‎ها، مولکول‎ها، ترکیبات، و توده‎های مختلف را می‎سازند که در نهایت جهانی با این پیچیدگی در اطراف ما بوجود آمده است. با وجود اینکه واژه اتم، از یک کلمه یونانی به معنای "غیرقابل تقسیم" گرفته شده است، فیزیک مدرن اثبات می‎کند که اتم آخرین جزء ساختار ماده نیست و در واقع اتم، به ذرات درون اتمی قابل تقسیم است. و در واقع این ذرات درون اتمی، پایه‎های بنیادی هستند که این جهان را ساخته‎اند.

اتم یک ساختار منظم و با قاعده دارد، که در عین حال که آن را پایدار ساخته است، خصوصیات مختلف ماده به آن برمی‎گردد. تحقیق و مطالعه در مورد ذرات درون اتمی بیش از صد سال گذشته شروع شده است و اکنون ما اطلاعات زیادی راجع به آنها داریم. در انتهای قرن نوزدهم، تجهزاتی را ساختند که بتواند داخل اتم‎ها را تفحص کند. چیزی که آنها در حین بررسی‎هایشان در داخل اتم‎ها دیدند بی‎اندازه شگفت‎آور بود. چیزهایی در اندازه‎های کوچکتر از اتم وجود دارند، که در مقیاس ماکروسکوپی هیچ چیز نیستند. اجازه دهید نگاهی بیندازیم به آنچه که اتم‎ها از آن تشکیل شده‎اند.
ثابت شده است که بیشتر حجم اتم خالی است و الکترون‎ها بطور پراکنده در آن قرار گرفته‎اند. الکترون‎ها ذراتی با بار منفی هستند که به دور جرم سنگین مرکزی در حال چرخشند. به این جرم مرکزی هسته می‎گویند که 99ر99 درصد جرم اتم ناشی از آن است، ولی با این وجود کسر بسیار کوچکی از حجم اتم را اشغال می‎کند. تصور کنید که حجم اتم را به اندازه یک اتاق بزرگ کرده‎اید. در این صورت هسته به اندازه یک خال مرئی در وسط اتاق است. در نمودارهای اتمی، مقیاس حجمی ذرات ترسیم نشده است، و به همین دلیل شما به درستی درک نمی‎کنید که یک اتم، واقعاً تا چه اندازه کوچک است. اتم در طولی به اندازه 15-10 متر محدود شده است. کشف ماهیت الکترون‎ها که به دور هسته می‎گردند ساده‎تر از یافتن ساختار هسته بود. پس از سالها مطالعه و تحقیقات هوشمندانه معلوم شد که هسته از ذراتی به نام پروتون و نوترون تشکیل شده است.

الکترون‎ها:

الکترون‎ها در بین سه ذره درون اتمی از همه سبکتر هستند. جرم یک الکترون 31-10 × 1ر9 کیلوگرم بوده و بار منفی، معادل 19-10 × 6ر1 کولن دارند. الکترون‎ها با نیروی جاذبه، در مدارهایی اطراف هسته نگه‎داشته شده‎اند. این نیروی جاذبه از طرف هسته که بار مثبت دارد به الکترون‎ها وارد می‎شود.
تعداد الکترون‎هایی که در خارجی‎ترین مدار اتم قرار گرفته‎اند، خصوصیات شیمیایی اتم را تعیین می‎کنند. آنها ذرات اسپین 2ر1 بوده، و بنابراین فرمیون هستند. پادذره الکترون پوزیترون است. پوزیترون جرمی برابر با جرم الکترون دارد ولی بار آن مثبت است. الکترون بعنوان ذره نقطه‎ای درنظر گرفته می‎شود زیرا تاکنون هیچ ساختار داخلی برای شناخته نشده است. الکترون‎ها با ذرات باردار دیگر، از طریق نیروهای الکترومغناطیس و ضعیف واکنش می‎دهند و از گرانش تأثیر می‎پذیرند. اما با این حال نیروهای قوی که در داخل محدوده هسته رخ می‎دهد روی آنها تأثیری ندارد.

پروتون‎ها:

پروتون‎ها بار مثبتی برابر 19-10 × 6ر1 کولن، و جرمی برابر با 27-10 × 67ر1 کیلوگرم دارند. درنتیجه جرم پروتون‎ها 1836 برابر الکترون‎ها است. آنها در واقع هسته اتم هیدروژن هستند که عدد اتمی آن برابر با 1 است. پروتون‎ها ذراتی با اسپین 2ر1 و فرمیون هستند که از طریق نیروهای قوی و ضعیف، الکترومغناطیس و گرانش با ذرات دیگر اندرکنش می‎کنند. پادذره پروتون، پاد‎پروتون است. ساختار هسته اتم‎ها از پروتون و نوترون تشکیل شده است.

نوترون‎ها:

نوترون برخلاف الکترون و پروتون بدون بار است. جرم آن اندکی از جرم پروتون بیشتر بوده و 27-10 × 675ر1 کیلوگرم است. به همین دلیل هم سنگین‎ترین ذره‎های درون اتم نوترون‎ها هستند. در طبیعت، از طریق نیروهای ضعیف و قوی و الکترومغناطیس و همینطور گرانش با ذرات دیگر اندرکنش می‎کنند.
هرکدام از این ذرات خصوصیات خاص خودش را دارد، که موجب شده است در اثر نیروهای بنیادین به یکدیگر مقید بوده و اتم را تشکیل دهند. اگر شما فکر می‎کند که پروتون، الکترون، و نوترون‎ها آخر داستان هستند، آماده یک مطلب غافلگیر کننده باشید. اگرچه الکترون‎ها غیرقابل تقسیم هستند، پروتون‎ها و نوترون‎ها حد نهایی ساختار ماده نیستند. و بعدها فهمیدند که آنها نیز از ذراتی به نام کوارک ساخته شده‎اند.