Какие частицы входят в состав атома

Долгое время этот вопрос оставался открытым для ученых, несмотря на то, что существование атомов было предсказано еще древнегреческим ученым Демокритом. В прошлом веке разработана общепринятая модель атома.

Эксперименты Резефорда

Опыты великого ученого, «отца» современной ядерной физики, помогли создать планетарную модель атома. Согласно ей, атом представляет собой ядро, вокруг которого по орбитам вращаются электроны. Датский физик Нильс Бор немного доработал эту модель в рамках квантовых представлений. Получается, что электрон - одна из частиц, входящих в состав атома.

Электрон

Эта частица была открыта Дж.Дж. Томсоном (лордом Кельвином) в 1897 году в опытах с катодными лучами. Великий ученый обнаружил, что при прохождении электрического тока через емкость с газом в нем образуются отрицательно заряженные частицы, впоследствии названные электронами.

Электрон - самая маленькая частица, имеющая отрицательный заряд. Это делает его стабильным (время жизни порядка иотта лет). Его состояние описывается несколькими квантовыми числами Электрон обладает собственным механическим моментом - спином, который может принимать значения +1/2 и -1/2 (спиновое квантовое число). Наличие спина было подтверждено в опытах Уленбека и Гаудсмита.

Эта частица подчиняются принципу Паули, согласно которому два электрона не могут иметь одни и те же квантовые числа в одно и то же время, то есть не могут одновременно находиться в одинаковых квантовых состояниях. По этому принципу заполняются электронные орбитали атомов.

Протон и нейтрон

Ядро, согласно принятой планетарной модели, состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы имеют почти одинаковую массу, но у протона положительный заряд, нейтрон же его вообще не имеет.

Протон был открыт Эрнестом Резерфордом в результате его опытов с альфа-частицами, которыми он бомбардировал атомы золота. Была подсчитана масса протона. Она оказалась почти в 2000 раз больше массы электрона. Протон - самая стабильная частица во Вселенной. Ученые считают, что время ее жизни приближается к бесконечности.

Гипотеза о существовании нейтрона была высказана еще Резерфордом, но экспериментально подтвердить ее он не смог. Это было сделано Дж. Чедвиком в 1932 году. Нейтрон «живет» около 900 секунд. Через это время нейтрон распадется на протон, электрон и электронное нейтрино. Он способен вызывать ядерные реакции, так как легко может проникнуть в ядро, минуя действие сил электростатического взаимодействия, и вызвать его деление.

Более мелкие частицы

И протон, и нейтрон не являются целостными частицами. Согласно современным представлениям, они состоят из групп кварков, которые связывают их в ядре. Именно кварки осуществляют сильное и ядерное взаимодействие между составляющими ядра.