А Смирнова - Секреты мироздания

В зависимости от типа взаимодействия все известные элементарные частицы (за исключением фотона) разделяются на две основные группы: адроны и лептоны. Адроны обладают сильным взаимодействием, наряду с электромагнитным и слабым, тогда как лептоны участвуют только в слабом и электромагнитном взаимодействиях. Первыми исследованными представителями адронов были протон и нейтрон, а лептонов — электрон. Фотон, обладающий только электромагнитным взаимодействием, не может быть отнесен ни к лептонам, ни к адронам, и поэтому его выделяют в отдельную «группу».

Общими характеристиками всех элементарных частиц являются масса, время существования, электрический заряд и спин (собственный момент количества движения, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого). В зависимости от времени существования элементарные частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные (резонансы). Стабильными являются фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы (время существования у них неограниченно большое), остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от ~ 10 3 секунд (для свободного нейтрона) до 10 –22–10 –24 секунд (для резонансов).

По современным представлениям физики микромира не только фотоны, но и электроны, и любые другие микрочастицы материи наряду с корпускулярными (корпускулы — частицы), обладают также волновыми свойствами. Согласно квантовой механике, свободное движение элементарных частиц можно представить как плоскую волну (волну де Бройля).

Атом — наименьшая составная часть вещества, в которой сохраняется индивидуальность химического элемента. Сам химический элемент являет собой совокупность атомов одного сорта. Взаимодействие между одинаковыми или разными атомами может приводить к образованию из них более сложных комплексов — молекул. Любые твердые, жидкие и газообразные вещества составлены из одного или нескольких химических элементов. Фактически именно атомы выступают в роли строительных «кирпичей» вещества и в конечном счете ответственны за его механические, химические, оптические, электрические, магнитные и другие свойства.

Атом состоит из тяжелого ядра с положительным электрическим зарядом и окружающих его электронов с отрицательным зарядом. По современным представлениям ядро атома состоит из протонов и нейтронов (нуклонов), удерживаемых в ядре мощными ядерными силами. Масса протона в 1836, а масса нейтрона в 1839 раз больше массы электрона, поэтому практически вся масса атома сосредоточена в его ядре. Ядро окружено облаком электронов, образующих электронные оболочки атома. Линейные размеры атома определяются размерами его электронной оболочки и составляют величину порядка 10 –8 см, что в десятки тысяч раз превышает размеры ядра. В обычных условиях атом электрически нейтрален: число электронов в оболочке равно числу протонов в ядре. Причем положительный заряд протона и отрицательный электрона одинаковы по абсолютной величине. Нейтрон электрическим зарядом не обладает. Теряя электроны, нейтральный атом превращается в ионизированный атом — положительно заряженный ион, а в результате присоединения одного или нескольких электронов — в отрицательный ион.

Характеристикой атома, обусловливающей его принадлежность к определенному элементу, является заряд ядра. Число протонов в ядре, определяющее заряд ядра, называется атомным номером, который совпадает с порядковым номером элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Масса атома пропорциональна общему числу протонов и нейтронов в ядре и возрастает с увеличением числа протонов в ядре.

Строение электронных оболочек атома, прежде всего его внешней оболочки, и связанные с этим химические и большинство физических свойств (оптические, электрические, магнитные, механические) определяются в основном электромагнитными взаимодействиями электронов с ядром и электронов друг с другом.

Нуклоны связаны в ядре благодаря ядерным силам, которые значительно превосходят силы электростатического отталкивания между положительно заряженными протонами. Ядерные силы являются проявлением самых интенсивных из всех известных в физике взаимодействий. Для расщепления ядра на составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны) требуется преодолеть эти силы, то есть затратить энергию. Соединение нуклонов с образованием ядра, наоборот, сопровождается высвобождением энергии связи ядра. Это — максимальная энергия, которая может выделиться. Энергия связи ядра складывается из энергии притяжения нуклонов друг к другу под воздействием ядерных сил и энергии электростатического отталкивания протонов. Ядерная энергия, высвобождающаяся при ядерных превращениях, может выделяться при слиянии легких ядер (реакция синтеза ядер — используется в ядерной энергетике, термоядерных бомбах) или при расщеплении тяжелых ядер (деление ядер, лежащее в основе взрыва ядерной бомбы).