Dlaczego naukowcy są zaniepokojeni problemem atomu?

Spisu treści:

Dlaczego naukowcy są zaniepokojeni problemem atomu?
Dlaczego naukowcy są zaniepokojeni problemem atomu?
Anonim

Nikt tak naprawdę nie wie dokładnie, jakie procesy zachodzą wewnątrz atomu. Jedyne, co pozostaje niezawodnie znane, to to, że elektrony krążą wokół orbitali w zewnętrznej powłoce atomu, tworząc dużą ilość pustej przestrzeni, w środku której znajduje się jądro protonów i neutronów. Zbierając się razem, protony i neutrony nadają atomowi unikalne właściwości, które dodatkowo określają pewne właściwości substancji, którą może być tlen lub wodór, żelazo lub ksenon. Według artykułu opublikowanego na livescience.com nadal nie wiadomo, jak dokładnie zachowują się protony i neutrony wewnątrz atomu. Ponadto przeprowadzone eksperymenty wykazały, że znajdujące się wewnątrz jądra protony i neutrony wydają się znacznie większe niż są w rzeczywistości. Z czym wiążą się te właściwości i jak można je zastosować w praktyce?

Jak działa atom?

Jak być może wiesz, protony i neutrony znajdujące się wewnątrz atomu składają się z maleńkich cząstek zwanych kwarkami, których oddziaływania są tak silne, że żadna siła zewnętrzna nie może ich zdeformować. Gerald Miller, fizyk jądrowy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego, uważa, że nukleony powstające podczas łączenia się protonów i neutronów mają w sobie bardzo mało energii. Kiedy w 1983 roku fizycy z Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) zauważyli, że wiązki elektronów są odpychane przez żelazo w inny sposób niż wolne protony, doszli do wniosku, że problem wielkości powoduje, że protony i neutrony wewnątrz ciężkich jąder zachowują się tak, jakby były miał dużo duże rozmiary. Zjawisko to nazwano efektem EMC po grupie, która przypadkowo je odkryła.

Image
Image

Kwarki to najmniejsze odkryte cząstki we wszechświecie

Podczas gdy kwarki, specjalne cząstki tworzące nukleony, oddziałują ze sobą wewnątrz oddzielnego protonu i neutronu, kwarki znajdujące się w różnych protonach i neutronach nie mogą aktywnie ze sobą oddziaływać. Jednocześnie z uwagi na fakt, że około 20% nukleonów w jądrze znajduje się w rzeczywistości poza swoimi orbitalami, oddziaływanie między nimi jest znacznie bardziej energetyczne niż zwykle. Zjawisko to powstaje, ponieważ kwarki są w stanie penetrować ściany nukleonów, powodując zniszczenie ścian wewnątrz poszczególnych protonów i neutronów.

Pomimo tego, że ta teoria oddziaływań brzmi bardzo wiarygodnie, eksperci uważają, że hipoteza ta nie rozwiązuje całkowicie problemu jądra atomowego, sugerując zastąpienie go tzw. chromodynamiką kwantową lub systemem reguł rządzących zachowaniem kwarków. Trudność w rozwiązaniu tego problemu polega na niskim poziomie nowoczesnych technologii, które nie pozwalają na niezwykle skomplikowane obliczenia chromodynamiczne wymagane do potwierdzenia teorii.

Niemniej jednak efekt EMS może już pomóc w wyjaśnieniu niektórych ważnych problemów współczesnej fizyki kwantowej. Czy wprowadzenie superkomputerów pomoże rozwiązać problem atomu? Być może czas pokaże.

Zalecana: