Cząstki elementarne
Najmniejsze znane cząstki materii, a pojęcie elementarności powinno by oznaczać, że są najprostsze, nie dające się rozłożyć. Tymczasem cząstki te niezupełnie odpowiadają takiemu określeniu i dlatego termin elementarne jest dla nich w znacznym stopniu umowny. Spośród cząstek elementarnych trwałe są jedynie foton, elektron, neutrino, proton i ich antycząski. Nie istnieje również żadne ścisłe kryterium, na podstawie którego znane dotychczas (ponad kilkaset) cząstki materii należałoby zaliczyć do kategorii cząstek elementarnych. Z reguły do cząstek elementarnych zalicza się wszystkie najmniejsze cząstki materii wyłączając jądra atomowe z liczbą atomową A2. Do 1935 r. znane były jedynie elektron, proton, neutron i kwant (foton), dlatego istniała podstawa do nazwania ich elementarnymi, bo wydawało się, że można z nich zbudować całą obserwowaną materię. Znane cząstki elementarne dzieli się zazwyczaj na foton i trzy następujące grupy: leptony, mezony, bariony.
Anion – jon ujemny dążący do elektrody połączonej z dodatnim biegunem źródła prądu.
Antycząstka – cząstka elementarna różniąca się od innej cząstki jedynie znakiem ładunku spinu lub ustawieniem spinu względem momentu magnetycznego.
Barion – cząstka elementarna biorąca udział w oddziaływaniach silnych, elektromagnetycznych i słabych. Należą tu m.in. nukleony i hiperony.
Bozon – Bosego cząstka – to cząstka o spinie całkowitym.
Deuteron – jądro atomowe deuteru (wodoru ciężkiego) składające się z protonu i neutronu.
Dziwność – nazwa pewnej liczby kwantowej przyjmującej wartości 0, ±1, ±2, ±3. Dziwność pozwala przewidzieć, które z możliwych reakcji pomiędzy mezonami a barionami mogą mieć miejsce.
Elektron – lekka cząstka o masie spoczynkowej 9,1091 10 – 31 kg, odkryta przez Thomsona w 1897 r.
Fermion – cząstka elementarna o nieparzystej liczbie nukleonów (np. elektrony, jądra atomowe).
Fonon – nazwa kwantu energii, odpowiadającego drganiom oscylacyjnym jądra atomowego i sieci krystalicznej.
Foton – kwant energii promieniowania elektromagnetycznego, proporcjonalnej do częstotliwości pola elektromagnetycznego. Są fotony światła, X i gamma. Poruszają się ruchem śrubowym z prędkością światła. Masa fotonu jest prawdopodobnie mniejsza od 10 – 48 g.
Gluon – cząstka nienaładowana o masie spoczynkowej równej zeru, obdarzona kolorem, przenosząca oddziaływania między kwarkami.
Grawiton – hipotetyczna cząstka będąca kwantem pola grawitacyjnego. Być może grawiton jest bozonem o masie spoczynkowej równej zeru. Trudność w zaobserwowaniu grawitonu wynika ze słabości oddziaływania grawitacyjnego. Przykładowo, siła grawitacyjnego przyciągania elektronu i protonu jest 1039 razy mniejsza od siły kolumbowskiej między nimi.
Hadrony – cząstki elementarne biorące udział w oddziaływaniach silnych. Zalicza się do nich m.in. mezony i bariony.
Helion – bardzo ciężka cząstka o masie ok. 7300 razy większej od masy spoczynkowej elektronu. Nazwa pochodzi od helu tj. jego jądra (cząstka alfa).
Hiperon – ciężka cząstka o masie większej od masy nukleonu ale mniejszej od masy dwóch nukleonów.
Jon – atom lub grupa atomów obdarzona dodatnim lub ujemnym ładunkiem elektrycznym. Dodatnie to kationy, ujemne to aniony. Rozróżnia się jony proste i kompleksowe (złożone).
Kaon – mezon K – mezon dziwny o spinie zerowym, trwały względem oddziaływań silnych i elektromagnetycznych.
Kation – jon dodatni dążący do elektrody o ujemnym znaku – czyli katody.
Kwant energii – skończona ilość energii, którą może pochłonąć lub wysłać mikroukład (jądro, atom, cząsteczka) w elementarnym akcie oddziaływania. Podczas przejścia układu z jednego stanu do innego jest wysyłany (lub pochłaniany) kwant energii (czyli foton) o wielkości rownej różnicy energii odpowiednich stanów.
Kwark – hipotetyczna cząstka która ma być najprostszym i istotnie już niepodzielnym fragmentem materii.
Lepton – cząstka elementarna nie oddziałująca silnie, zdolna natomiast do oddziaływań słabych oraz elektromagnetycznych, jeśli jest naładowana. Leptony są fermionami. Do nich zaliczamy m.in. elektron, neutrino.
Ładunek elementarny – najmniejsza ilość elektryczności dodatniej lub ujemnej występująca w przyrodzie. Wartość w układzie SI e = 1,60210·10 – 19 C.
Mezon – nietrwała cząstka elementarna nie posiadająca spinu, będąca więc bozonem, o masie pośredniej pomiędzy masą elektronu a masą protonu.
Mion – nietrwała cząstka o połówkowym spinie. Masa ok. 210 razy większa od masy spoczynkowej elektronu.
Mionium – nazwa atomu zbudowanego z mionu dodatniego i elektronu, który jest nietrwały i rozpada się na pozyton i dwa neutrina.
Negaton – elektron ujemny.
Neutrino – cząstka elementarna bez ładunku elektrycznego i prawdopodobnie bez masy spoczynkowej. Porusza się z prędkością światła i wyróżnia się nieprawdopodobną przenikliwością. Strumień neutrino o gęstości 1011 cząstek na
cm2·s przenika bez większych strat przez całą kulę ziemską i ucieka w przestrzeń kosmiczną. Cząstkę tę emitują gwiazdy.
Neutron – cząstka obecna we wszystkich jądrach atomowych oprócz jądra wodoru lekkiego. Odkryta przez Chadwicka w 1932 r. W stanie wolnym jest nietrwała i rozpada się na proton, elektron i antyneutrino. Neutralna pod
względem elektrycznym. Masa = 1,67482 10 – 27 kg. Promieniowanie neutronowe jest kilka razy niebezpieczniejsze od promieniowania gamma.
Nukleon – występuje jako naładowany elektrycznie (dodatnio) proton lub obojętny elektrycznie neutron. Nukleony są fermionami. Nukleon jest hadronem i należy do grupy barionów.
Nuklid – synonim jądra atomowego używany wtedy, gdy atom jest faktycznie pozbawiony swoich elementów lub wtedy, gdy abstrahuje się od jego roli jako centrum atomu. Istnieje tyle różnych nuklidów, ile kombinacji liczby protonów i neutronów.
Parton – punktowy (bez struktury) składnik cząstek elementarnych – według teorii kwarków partonami są kwarki.
Pion – mezon – najlżejszy z hadronów o liczbie barionowej, dziwności i spinie równym zeru.
Powab – całkowita liczba kwantowa przyporządkowana kwarkom i hadronom.
Pozyton – dodatnia cząstka elektronu.
Pozytonium – twór “atomowy”, składający się z wirujących naokoło wspólnego środka pozytonu i negatonu.
Proton – cząstka o masie 1,67252·10 – 27 kg i dodatnim ładunku elektrycznym. Jest zarazem jądrem wodoru, a znajduje się w jądrach atomów pozostałych pierwiastków w ilości odpowiadającej liczbie atomowej i liczbie elektronów na powłokach.
Spin – kręt – moment pędu spinowy; wewnętrzny moment pędu mikrocząsteczek (cząsteczek elementarnych). Cząstki o spinie całkowitym nazywa się bozonami, a o spinie połówkowym fermionami.
Tachion – hipotetyczna cząstka elementarna poruszająca się z prędkością większą od prędkości światła. Hipoteza istnienia tachionów nie jest sprzeczna z teorią względności.
Ciekawostki
Alamogordo – miasteczko w stanie Nowy Meksyk (USA), niedaleko którego na pobliskiej pustyni w dniu 16.07.1945 r. o godz. 5.30 eksplodowano pierwszą bombę atomową o sile 17 – 20 kt.
Bikini – wyspa archipelagu Wysp Marschalla na Pacyfiku. Była pierwszym poza USA poligonem atomowym i doświadczalnym na sprzęcie i przyrodzie. Dokonano 24 prób wybuchów jądrowych, ostatni o energii 15 Mt w 1954 r. Obecnie wyspa jest z powrotem zamieszkała.
Enola Gay – imiona matki płk. P. Tibbetsa, nadane dowodzonemu przez niego bombowcowi B – 29, z którego zrzucono pierwszą bombę na miasto Hiroszimę w Japonii.
Ewa – pierwszy polski reaktor jądrowy, uruchomiony 14.06.1958 r. w Instytucie Badań Jądrowych w Świerku pod Warszawą.
Fat Man – popularna nazwa amerykańskiej bomby atomowej zrzuconej na Nagasaki w Japonii w dniu 9.08.1945 r.
Little Boy – nazwa bomby atomowej zrzuconej przez USA w dniu 6.08.1945 r. na japońskie miasto Hiroszimę.
Los Alamos – miejscowość w USA, niedaleko Santa Fe, gdzie w 1943 r. zbudowano zakłady i laboratoria (LASL), które wyprodukowały pierwsze bomby atomowe.
Nowa Ziemia – wyspa między Morzem Barentsa a Morzem Karskim. Poligon atomowy ZSRR, na ktorym w 1961 r. na wysokości 3 – 6 km eksplodowano jedną z najsilniejszych bomb termojądrowych o sile 57 Mt = 57 mln ton trotylu. Wybuch ten spowodował powstanie fali ciśnieniowej, która przez kilka dni obiegała świat z prędkością 1100 km/godz. Bomba ta zrównałaby najcięższe konstrukcje w promieniu 4,5 km, zniszczyłaby domy w promieniu 22,5 km. Promieniowanie cieplne wznieciłoby pożary w odległości 55 km od punktu zerowego. Oparzenia II stopnia wystąpiłyby u ludzi w odległości do 80 km od epicentrum. Pięć takich bomb mogłoby zniszczyć obszar Polski. Gdyby wybuchem naziemnym zdetonować bombę o energii 1 Mt, to po wyrzuceniu ok. 10 mln ton ziemi i skały powstałby krater o głębokości 100 m i o średnicy 450 m.
Różan – miejscowość 30 km na płn. – wsch. od Pułtuska, gdzie znajduje się Centralna Składnica Odpadów Promieniotwórczych, czyli tzw. mogilnik.
Tinian – wyspa archipelagu Mariany na Pacyfiku. W 1945 r. zmontowano na niej dwie bomby atomowe, które płk. Tibbets zrzucił na Hiroszimę i Nagasaki.
Trinity – kryptonim, jakim określono pierwsze trzy wybuchy jądrowe: Alamogordo, Hiroszima, Nagasaki.