Tajemnice atomu cz. 2

          W 1896 r. Henri Becquerel, fizyk francuski, badając mechanizmy powstawania i oddziaływania odkrytego rok wcześniej (promieniowanie X, Wilhelm K. Roentgen, 1895 r.) promieniowania rentgenowskiego, wykazał istnienie nieznanego rodzaju promieniowania wysyłanego przez siarczan uranylowo-potasowy, oddziałującego na kliszę fotograficzną.(dzisiaj wiemy że zaczernienie kliszy fotograficznej spowodowane było m.in. promieniowaniem jonizującym beta, emitowanym przez jądra atomowe uranu i pierwiastków powstających w wyniku jego przemiany promieniotwórczej). Rozpoczęto badania nad naturalnym promieniowaniem pierwiastków i związków chemicznych. Na przełomie XIX i XX wieku Ernest Rutherford oraz Paul Urlich Villard (1860–1936) podzielili promieniowanie jonizujące na trzy rodzaje:  alfa, beta i gamma, szeregując je według zdolności penetrowania materii[1].

          Ernest Rutherford w 1911 roku wykorzystywał cząstki alfa do bombardowania atomów. Natura tych cząstek nie była jeszcze znana, ale wiadomo było, że są one wysyłane z atomów, czyli są od nich znacznie mniejsze, oraz mają ładunek dodatni. Rutherford doszedł do wniosku że cały dodatni ładunek i prawie cała masa atomu są skupione w małym jądrze, które znajduje się w środku atomu. Jądro zajmuje jedynie  objętości całego atomu, dlatego też występowanie gwałtownych zderzeń jest dość rzadkie. Najprostszym atomem jest wodór, który zawiera jeden elektron i jedno jądro, które jest cząstką naładowaną dodatnio. Nazwane ono zostało protonem.

          W  roku 1930 okazało się, że jądro zbudowane jest z  neutronów i  protonów. W 1932 roku James Chadwick doświadczalnie odkrył neutralne cząstki zwane neutronami. W  roku 1933 Enrico Fermi (1901–1954) podał, że neutron w  jądrze rozpada się na proton, elektron i  mały neutralny obiekt, wynaleziony przez Pauliego. Fermi ochrzcił go neutrinem, co oznacza właśnie „mały i  neutralny”.

          W 1954 roku dwóch amerykańskich fizyków, Frederic Reines i Clyde Cowan, wykorzystując reaktor jądrowy, postanowiło przeprowadzić pierwszą, bezpośrednią obserwację neutrin. Ich eksperyment bazował na tak zwanej odwrotnej przemianie rozpadu beta, w której antyneutrino, oddziałując z protonem ośrodka, produkuje neutron i pozyton.

          Hipotezę istnienia kwarków jako elementarnych składników materii wysunęli niezależnie od siebie Gell-Mann i G. Zweig w 1964 roku. W 1968 r. podczas bombardowania protonów elektronami, odbijały się one od protonów jak od elastycznej kulki. Przy wzroście energii zderzeń, gdy pęd elektronów zwiększano na tyle, że długość fali materii tych elektronów stała się mniejsza od rozmiarów protonu, elektrony zaczęły rozpraszać się w taki sposób, jakby zderzały się z punktowymi obiektami wewnątrz protonu. Kwarki są cząstkami oddziałującymi silnie. Nie występują one jako cząstki swobodne i nie da się ich oderwać i odizolować. Kwarki są cząstkami uwięzionymi i występują w układach złożonych, które nazwano hadronami.

          Bombardowanie cząstek innymi cząstkami (zderzenia jądrowe) ujawniło powstawanie innych cząstek (miony, piony), które żyją jednak bardzo krótko. Wykorzystywano do zderzeń również promieniowanie kosmiczne (emulsje wystawione na działanie promieniowania kosmicznego pozwoliły na odkrycie pionu). Pion w  ciągu setnej części mikrosekundy rozpada się na mion i  neutrino. Przez zderzenia jądrowe odkryto setki hadronów.

          Według najnowszych teorii próżnia niekoniecznie jest pusta. W niej powstają i giną różne cząstki w modelu kwantowym. Obowiązują w niej pewne zasady. Liczby kwantowe pojawiających się cząstek muszą w  sumie dawać zero – zero próżni. Inna zasada: im cięższe obiekty, tym rzadziej się zdarza ich efemeryczne zaistnienie. „Pożyczają” energię od próżni, by trwać przez najmniejszą część sekundy, i  zaraz znikają, gdyż muszą zwrócić pożyczkę, zanim upłynie czas określony przez zasadę nieoznaczoności Heisenberga. Wśród cząstek istnieje „boska cząstka”, która odpowiada za masę.

          Leucyp z Miletu był autorem myśli: Nic nie dzieje się bez przyczyny, lecz wszystko z jakiejś racji i konieczności. No właśnie. Ktoś może zapytać: Czy to wszystko mógł wymyślić Stwórca? Z drugiej strony trudno uwierzyć, aby to wszystko było dziełem przypadku. Odpowiedz narzuca się sama.

---

[1] Promieniowanie α składa się z jąder helu (1907).