«Ատոմ»–ի խմբագրումների տարբերություն

Ավելացվել է 13 758 բայտ ,  3 տարի առաջ
չ
չ
1950-ական թվականներին [[արագացուցիչ]]ների և մասնիկների դետեկտորների կատարելագործումը գիտնականներին թույլ տվեց ուսումնասիրել բարձր էներգիաներում ատոմների շարժի հետևանքները։<ref name=kullander2001/> Պարզվեց, որ նեյտրոններն ու պրոտոնները [[հադրոն]]ներ են, և կազմված են ավելի փոքր մասնիկներից, որոնք կոչվում են [[քվարկ]]ներ։ Ձևավորվել է [[ստանդարտ մոդել]]ը, որը մինչև այժմ բարեհաջող բացատրել է միջուկի հատկությունները։<ref name=npp1990/>
 
== Կառուցվածք ==
== Ատոմի միջուկի կառուցվածք ==
=== Ներատոմային մասնիկներ ===
{{հիմնական|Ներատոմային մասնիկ}}
Չնայած «ատոմ» բառը սկզբնապես տրվել է անբաժանելի մասնիկի, ժամանակակից գիտությանը հայտնի է, որ ատոմը բաղկացած է բազմաթիվ [[ներատոմային մասնիկ]]ներից։ Ատոմը կազմված է [[էլեկտրոն]]ից, [[պրոտոն]]ից և [[նեյտրոն]]ից (երեքն էլ [[ֆերմիոն]] են)։ Սակայն, [[Ջրածին|ջրածին-1]]-ի ատոմը նեյտրոն չունի, իսկ հիդրոնը՝ էլեկտրոն չունի։
 
Էլեկտրոնը ունի բացարձակ արժեքով պրոտոնի լիցքին հավասար բացասական [[էլեկտրական լիցք]], զանգվածը՝ <span class="nowrap">9.11<span style="margin-left:0.25em;margin-right:0.15em;">×</span>10<sup>−31</sup>&nbsp;կգ</span>, որը մոտավորապես հավասար է [[պրոտոն]]ի զանգվածի 1/1836-ին<ref name=nist_codata_mu>{{cite web | title = CODATA value: proton-electron mass ratio | url = http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mpsme | work = 2006 CODATA recommended values | publisher = [[National Institute of Standards and Technology]] | accessdate = 2009-07-18}}</ref><ref>{{cite web|title=JERRY COFF|url=http://www.universetoday.com/73323/what-is-an-electron/|accessdate=10 September 2010}}</ref><ref>{{cite book|last=Demtröder|first=Wolfgang|year=2002|title=Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic- Molecular- and Quantum Physics|publisher=Springer|edition=1st|isbn=3-540-20631-0|oclc=181435713|pages=39–42}}</ref> Էլեկտրոնները պատկանում են [[լեպտոն]]ների ընտանիքի առաջին [[Սերունդ (ֆիզիկա)|սերնդին]],<ref name="curtis74">{{cite book | last = Curtis | first = L.J. | year = 2003 | title = Atomic Structure and Lifetimes: A Conceptual Approach | url = https://books.google.com/?id=KmwCsuvxClAC&pg=PA74 | page = 74 | publisher = [[Cambridge University Press]] | isbn = 0-521-53635-9}}</ref> և համարվում են [[տարրական մասնիկներ]], քանի որ ներքին կառուցվածք չունեն։<ref name="prl50">{{cite journal | last = Eichten | first = E.J. | last2 = Peskin | first2 = M.E. | last3 = Peskin | first3 = M. | year = 1983 | title = New Tests for Quark and Lepton Substructure | journal = [[Physical Review Letters]] | volume = 50 | pages = 811–814 | issue = 11 | doi = 10.1103/PhysRevLett.50.811 | bibcode=1983PhRvL..50..811E}}</ref> [[Իմպուլսի մոմենտ]]ը ([[սպին]]) [[Պլանկի հաստատուն]]ի միավորով՝ ''ħ''-ով, արտահայտած՝ {{sfrac|1|2}}։ [[Պաուլիի սկզբունք]]ի համաձայն ոչ մի երկու էլեկտրոն չեն կարող նույն [[քվանտային վիճակ]]ում գտնվել, քանի որ այն [[ֆերմիոն]] է։<ref name="curtis74"/> Մնացած տարրական մասնիկների նման էլեկտրոնները նույնպես ցուցաբերում են [[Մասնիկ-ալիքային երկվություն|և՛ մասնիկի, և՛ ալիքի]] հատկություններ. նրանք կարող են բախվել այլ մասնիկների հետ և կարող են լույսի նման [[Էլեկտրոնների դիֆրակցիա|դիֆրակցիայի]] են ենթակվում։ Էլեկտրոնների ալիքային հատկությունները ավելի հեշտ է դիտել, քան այլ մասնիկներինը, ինչպես օրինակ՝ նեյտրոններինը և պրոտոններինը, քանի որ էլեկտրոնները ունեն ավելի փոքր զանգված, հետևաբար՝ ավելի երկար [[Դը Բրոյլի ալիք]]։
Ատոմի միջուկի շառավիղը մոտ 100,000 անգամ փոքր է ատոմի շառավղից։ Չնայած միջուկի այդքան փոքր չափերին՝ դա էական դեր է կատարում։
 
Պրոտոնները ունեն դրական էլեկտրական լիցք և <span class="nowrap">1.6726<span style="margin-left:0.25em;margin-right:0.15em;">×</span>10<sup>−27</sup>&nbsp;կգ</span> զանգված։ Ատոմում պրոտոնների քանակը կոչվում է [[ատոմական համար]]։ [[Էռնեստ Ռեզերֆորդ]]ը (1919) նկատել է, որ ազտորը ալֆա-մասնիկներով ռմբակոծելիս ջրածնի միջուկ է անջատվում։ 1920 թվականին նա ընդունեց, որ ջրածնի միջուկը ատոմում առանձին մասնիկ է և այն կոչեց պրոտոն։
Միջուկը բաղկացած է առանձին մասնիկներից, որոնք կոչվում են [[նուկլոն]]ներ։ Նուկլոնները երկու տեսակ են՝ [[պրոտոն]]ներ և [[նեյտրոն]]ներ։ Պրոտոնը դրական լիքավորված մասնիկ է, որի [[զանգված]]ը 1836 անգամ մեծ է [[էլեկտրոն]]ի զանգվածից։ Պրոտոնի լիցքը հավասար էլեկտրոնի լիցքի մոդուլին՝ <math>q_p = e = 1.6*10^{-19}</math>
 
Նեյտրոնները էլեկտրական լիցք չունեն, հանգստի զանգվածը էլեկտրոնի զանգվածից 1,839 անգամ մեծ է<ref>{{cite book|last=Woan|first=Graham|year=2000|title=The Cambridge Handbook of Physics|publisher=Cambridge University Press|isbn=0-521-57507-9|oclc=224032426|page=8}}</ref> կամ հավասար է <span class="nowrap">1.6929<span style="margin-left:0.25em;margin-right:0.15em;">×</span>10<sup>−27</sup>&nbsp;կգ</span>-ի։ Այն ատոմի մաս կազմող մասնիկներից ամենածանրն է։ Նեյտրոնները և պրոտոնները (միասին կոչվում են [[նուկլոն]]ներ) համեմատելի չափեր ունեն, չնայած այս մասնիկների «մակերևույթը» հստակ սահմանված չէ։<ref>{{cite book|last=MacGregor|first=Malcolm H.|year=1992|title=The Enigmatic Electron|publisher=Oxford University Press|isbn=0-19-521833-7|oclc=223372888|pages=33–37}}</ref> Նեյտրոնը 1932 թվականին հայտնաբերել է անգլիացի ֆիզիկոս [[Ջեյմս Չադվիկ]]ը։
Տարբեր ատոմների միջուկները պարունակում են տարբեր թվով պրոտոններ։ Օրինակ՝ [[ջրածին|ջրածնի]] ատոմի միջուկն ունի միայն մեկ պրոտոն, [[թթվածին|թթվածնի]] ատոմի միջուկում դրանց թիվը 8 է, իսկ [[ուրան (տարր)|ուրանի]] միջուկում՝ 92։
 
Ֆիզիկայի [[ստանդարտ մոդել]]ում էլեկտրոնները տարրական մասնիկներ են առանց նեքին կառուցվածքի։ Սակայն, պրոտոնը և նեյտրոնը կազված են այլ [[տարրական մասնիկներ]]ից՝ [[քվարկ]]ներից։ Ատոմներում կան երկու տեսակի քվարկներ՝ երկուսն էլ կոտորակային էլեկտրական լիցքով։ Պրոտոնը կազմված է երկու [[u-քվարկ]]ից (յուրաքանչյուրը +{{sfrac|2|3}} լիցքով) և մեկ [[d-քվարկ]]ից (−{{sfrac|1|3}} լիցքով)։ Նեյտրոնը կազմված է երկու [[d-քվարկ]]ից և մեկ [[u-քվարկ]]ից։ Այս տարբերությամբ է պայմանավորված պրոտոնի և նեյտրոնի ծանգվածի և լիցքի տարբերությունը։<ref name=pdg2002/><ref name=schombert2006/>
Պրոտոնների թիվը միջուկում համընկնում է [[Մենդելեև]]ի քիմիական տարրերի աղյուսակում տվյալ էլեմենտի կարգաթվի հետ։ Կարգաթվի հետ է համընկնում նաև ատոմում էլեկտրոնների թիվը։ Այսպիսով, միջուկում պրոտոնների թիվը համընկնում է նրա շուրջը շարժվող էլեկտրոնների թվի հետ, այդ պատճառով էլ ընդունված է ատոմում պրոտոնների և էլեկտրոնների թիվը նշանակել նույն <math>Z</math> տառով․ <math>Z</math> - պրոտոնների թիվը միջուկում։
 
Քվարկներին միջև գործում է [[ուժեղ փոխազդեցություն]], որի համար որպես փոխանակային մասնիկ (կամ [[տրամաչափային բոզոն]]) հանդես է գալիս [[գլյուոն]]ը։ Իսկ պրոտոնները և նեյտրոնները միասին պահվում են [[միջուկային ուժեր]]ի միջոցով, որոնք իրականում ուժեղ փոխազդեցութունների արդյունք են։<ref name=pdg2002/><ref name=schombert2006/>
 
=== Միջուկ ===
{{հիմնական|Միջուկ (ատոմ)}}
[[File:Binding energy curve - common isotopes.svg|thumb|350px|The [[Կապի էներգիա]] needed for a nucleon to escape the nucleus, for various isotopes]]<!-- A brief explanation is provided here because 'binding energy' is not explained until the end of the section. -->
 
Պրոտոնները և նեյտրոնները միասին կազում են ատոմի [[Միջուկ (ատոմ)|միջուկը]]։ Միջուկի շառավիղը մոտավորապես հավասար է 1.07 {{radic|''A''|3}} [[femtometre|fm]]-ի, որտեղ ''A''-ն միջուկում [[նուկլոն]]ների ընդհանուր քանակն է։<ref>{{cite book|last=Jevremovic|first=Tatjana|year=2005|title=Nuclear Principles in Engineering|publisher=Springer|isbn=0-387-23284-2|oclc=228384008|page=63}}</ref> Սա ատոմի շառավղից շատ փոքր է, որը 10<sup>5</sup> fm-ի կարգի թիվ է։ Նուկլոնները միասին կապվում են կարճ տարածությունների վրա ազդեղ [[միջուկային ուժեր]]ով։ 2.5 fm-ի ավելի մոտ տարածություններում այս ուժերը գերազանցում են դրական լիցք ունեցող պրոտոնների վանողական ուժին ([[Կուլոնի օրենք]])։<ref>{{cite book|last=Pfeffer|first=Jeremy I.|last2=Nir|first2=Shlomo|year=2000|title=Modern Physics: An Introductory Text|publisher=Imperial College Press|isbn=1-86094-250-4|oclc=45900880|pages=330–336}}</ref>
 
Նույն [[Քիմիական տարրեր|քիմիական տարրի]] ատոմները ունեն նույն թվով պրոտոնները, այս թիվը հայտնի է [[ատոմական համար]] անվամբ։ Նույն տարի ատոմում նեյտրոնների քանակը կարող է տարբերվել՝ կախված տարրի [[իզոտոպ]]ից։ Պրոտոնների համեմատ նեյտրոնների թվով է պայմանավորված միջուկի կայությունը:<ref name=wenner2007/>
 
Պրոտոնը, էլեկտրոնը և նեյտրոնը համարվում են [[ֆերմիոն]]։ Ֆերմիոնները ենթարկվում են [[Պաուլիի սկզբունք]]ին, որն արգելում է ''նույնական'' ֆերմիոնների, օրինակ՝ պրոտոնների, նույն պահին նույն քվանատային վիճակում գտնվելը։ Այսպիսով, միջուկում յուրաքանչյուր պրոտոն պետք է մնացած պրոտոններից տարբեր քվանտային վիճակում գտնվի, նույնը վերաբերում է նաև բոլոր նեյտրոններին և էլեկտրոնային ամպի էլեկտրոններին։ Սակայն, պչոտոնը և նեյտրոնը կարող են նույն քվանտային վիճակում գտնվել։<ref name="raymond"/>
 
Ցածր ատոմային համար ունեցող ատոմների դեպքում՝ պրոտոններից ավելի շատ նեյտրոն ունեցող միջուկները ձգտում են զբաղեցնել ավելի ցածր էներգետիկ մակարդակ՝ ենթարկվելով ռադիոակտիվ տրոհման՝ մինչև նեյտրոն-պրոտոն հարաբերությունը մոտենա մեկի։ Սակայն, բարձ ատոմային համար ունեցող ատոմների դեպքում նեյտրոնների ավելի մեծ համամասնություն է հարկավոր պրոտոնների վաղությանը հակազդելու համար։ Այսպիսով՝ ''Z'' = 20 (կալցիում) ատոմային համարից բարձր կայուն ատոմների դեպքում պրոտոնների և նեյտրոնների քանակաը հավասար չէ, և ''Z''-ի աճին զուգահեռ մեծանում է նաև նեյտրոն-պրոտոն հարաբերությունը։<ref name="raymond"/> Ամենաբարձր պրոտոն-նեյտրոն հարաբերությամբ իզոտոպը [[կապար-208]]-ն է (մոտ 1.5)։
 
[[File:Wpdms physics proton proton chain 1.svg|right|thumb|Illustration of a nuclear fusion process that forms a deuterium nucleus, consisting of a proton and a neutron, from two protons. A [[Պոզիտրոն]] (e<sup>+</sup>)—an [[antimatter]] electron—is emitted along with an electron [[Նեյտրինո]].]]
 
Ատոմի միջուկում պրոտոնների և նեյտրոնների քանակը հնարավոր է փոխել, սակայն ուժեղ փոխազդեցության պատճառով այս գործընթացը պահանջում է մեծ էներգիա։ [[Ջերմամիջուկային ռեակցիա]] տեղի է ունենում, երբ մի քանի ատոմային մասնիկներ միանում են՝ կազմելով ավելի ծանր միջուկ։ Օրինակ՝ արևի միջուկում [[կուլոնային արգելք]]ը՝ փոխադարձ վանողության ուժը, հաղթահարելու և մեկ միջուկ կազմելու համար պրոտոններին անհրաժեշտ է 3-10 կէՎ էներգիա։<ref name=mihos2002/> [[Միջուկի ճեղքում]]ը սրա հակառակ գործընթացն է. սովորաբար ռադիոակտիվ տրոհման միջոցով միջուկը բաժանվում է՝ կազմելով ավելի փոքր միջուկներ։ Միջուկը նաև կարող է ձևափոխվել մեծ էներգիա ունեցող մասնիկներով կամ պրոտոններով եմբակոծելու միջոցով։ Եթե այս փոփոխության ընթացքում փոխվում է միջուկում պրոտոնների քանակը, առաջանում է այլ քիմիական տարրի ատոմ։<ref name=lbnl20070330/><ref name=makhijani_saleska2001/>
 
Եթե միաձուլման ռեակցիայից հետո առաջացած միջուկի զանգվածը ավել փոքր է, քան նախնական մասնիկների զանգվածների գումարը, ուրեմն այդ արժեքների տարբերությունը արտանետվում է այլ էներգիայի տեսքով (ինչպես օրինակ՝ [[գամմա ճառագայթներ]]ը կամ [[բետա-մասնիկներ]]ի կինետիկ էներգիան), համաձայն [[Ալբերտ Այնշտայն]]ի [[Զանգվածի և էներգիայի համարժեքություն|զանգվածի և էներգիայի համարժեքության]] բանաձևի՝ ''E'' = ''mc''<sup>2</sup>, որտեղ ''m''-ը զանգվածների տարբերությունն է, ''c''-ն՝ [[լույսի արագություն]]ը, իսկ ''E''-ն՝ առաջացած էներգիան։ Այս տաբերությունները [[կապի էներգիա]]յի մաս է կազմում, և չվերականգնվող էներգիա է, ինչը ստիպում է ձուլվող մասնիկներին միասին մնալ։<ref>{{cite book|last1=Shultis|first1=J. Kenneth|last2=Faw|first2=Richard E.|title=Fundamentals of Nuclear Science and Engineering|year=2002|publisher=CRC Press|isbn=0-8247-0834-2|oclc=123346507|pages=10–17}}</ref>
 
Եթե ռեակցիայի ընթացքում ստեղծվող միջուկը ունի [[երկաթ]]ից և [[նիկել]]ից (ընդհանուր առմամբ 60 նուկլոբ) փոքր ատոմային համար, ուրեմն սա սովորաբար էքսոթերմիկ գործընթաց է, որը արտադրում է ավելի շատ էներգիա, քան անհրաժեշը է միջուկի միացման համար։<ref name=ajp63_7_653/> Այսպիսի գործընթացներն են [[աստղ]]երի ինքնաբավ ռեակցիաների աղբյուր հանդիսանում։ Ավելի ծանր միջուկի դեպքում` 26-ից բարձր ատոմային համար և 60 բարձր [[ատոմային զանգված]], սա էնդոթերմիկ գործընթաց է։ Այս զանգվածեղ միջուկները չեն կարող ենթարկվել այնպիսի էներգիա արտադրող ռեակցիաների, որոնք ունակ են պահպանել աստղի [[հիդրոստատիկ հավասարակշռություն]]։<ref name="raymond"/>
 
== Հասկացության ձևավորում ==