Elementära och subatomära partiklar
De tre huvudsakliga subatomära partiklarna i en atom är protoner, neutroner och elektroner.Mats Persson / Getty Images
Atomen är den minsta partikel av materia som inte kan delas med kemiska medel, men atomer består av mindre bitar, som kallas subatomära partiklar. Om du bryter ner det ytterligare består de subatomära partiklarna ofta av elementarpartiklar. Här är en titt på de tre huvudsakliga subatomära partiklarna i en atom, deras elektriska laddningar, massor och egenskaper. Därifrån kan du lära dig om några viktiga elementarpartiklar.
Protoner
Protoner är positivt laddade partiklar som finns i atomkärnan.goktugg / Getty Images
Den mest grundläggande enheten för en atom är protonen eftersom antalet protoner i en atom bestämmer dess identitet som ett element. Tekniskt sett kan en solitär proton betraktas som en atom av ett grundämne (väte, i det här fallet).
Nettoavgift: +1
Vilomässa: 1,67262 × 10−27kg
Neutroner
Atomkärnan består av två subatomära partiklar som är sammanbundna av den starka kärnkraften. En av dessa partiklar är protonen. Den andra är neutronen. Neutroner har ungefär samma storlek och massa som protoner, men de saknar elektrisk nettoladdning eller är elektriska neutral. Antalet neutroner i en atom påverkar inte dess identitet, men bestämmer dess isotop.
Nettoladdning: 0 (även om varje neutron består av laddade subatomära partiklar)
Vilomassa: 1,67493 × 10−27
Elektroner är små negativt laddade partiklar. De kretsar runt en atoms kärna.
Den tredje huvudtypen av subatomära partiklar i en atom är elektronen. Elektroner är mycket mindre än protoner eller neutroner och kretsar vanligtvis runt en atomkärna på ett relativt stort avstånd från dess kärna. För att sätta elektronens storlek i perspektiv är en proton 1863 gånger mer massiv. Eftersom elektronens massa är så låg, beaktas endast protoner och neutroner när man beräknar masstalet för en atom.
Nettoavgift: -1
Vilomassa: 9,10938356 × 10−31kg
Eftersom elektroner kretsar runt atomkärnor är de subatomära partiklar som påverkar kemiska reaktioner. Förlust av elektroner kan leda till bildandet av positivt laddade arter som kallas katjoner. Att få in elektroner kan ge negativa arter som kallas anjoner. Kemi är i huvudsak studiet av elektronöverföring mellan atomer och molekyler.
Kompositpartiklar består av två eller flera elementarpartiklar. Elementarpartiklar kan inte delas upp ytterligare i mindre underenheter.
Subatomära partiklar kan klassificeras som antingen kompositpartiklar eller elementarpartiklar. Kompositpartiklar är uppbyggda av mindre partiklar. Elementarpartiklar kan inte delas upp i mindre enheter.
Fysikens standardmodell inkluderar minst:
- 6 smaker av kvarkar: upp, ner, topp, botten, konstigt, laddning
- 6 sorters leptoner: elektron, myon, tau, elektronneutrino, muon neutrino, tau neutrino
- 12 gauge bosoner, som inkluderar fotonen, 3 W och Z bosoner och 8 gluoner
Det finns andra föreslagna elementarpartiklar, inklusive graviton och magnetisk monopol.
Så, elektronen är en subatomär partikel, en elementarpartikel och en typ av lepton. En proton är en subatomär sammansatt partikel som består av två uppkvarkar och en nedkvarkar. En neutron är en subatomär sammansatt partikel som består av två nedkvarkar och en uppkvarkar.
Hadroner och exotiska subatomära partiklar
Pi-plus meson, en typ av hadron, som visar kvarkar (i orange) och gluoner (i vitt).Dorling Kindersley / Getty Images
Sammansatta partiklar kan också delas in i grupper. Till exempel är en hadron en sammansatt partikel som består av kvarkar som hålls samman av den starka kraften på ungefär samma sätt som protoner och neutroner binder samman för att bilda atomkärnor.
Det finns två huvudfamiljer av hadroner: baryoner och mesoner. Baryoner består av tre kvarkar. Mesoner består av en kvark och en antikvark. Dessutom finns det exotiska hadroner, exotiska mesoner och exotiska baryoner, som inte passar de vanliga definitionerna av partiklarna.
Protoner och neutroner är två typer av baryoner, och alltså två olika hadroner. Pioner är exempel på mesoner. Även om protoner är stabila partiklar, är neutroner endast stabila när de är bundna i atomkärnor (halveringstid på cirka 611 sekunder). Andra hadroner är instabila.
Ännu fler partiklar förutsägs av supersymmetriska fysikteorier. Exempel inkluderar neutralinos, som är superpartners till neutrala bosoner, och sleptoner, som är superpartners till leptoner.
Det finns också antimateria-partiklar som motsvarar materiepartiklarna. Till exempel är positronen en elementarpartikel som är motsvarigheten till elektronen. Liksom en elektron har den ett spinn på 1/2 och en identisk massa, men den har en elektrisk laddning på +1.
