Απόδοση από το https://per.web.cern.ch/sites/default/files/units/JW_ElementaryParticles_LearningUnit.pdf

Η ύλη είναι οτιδήποτε μπορείς να αγγίξεις. Για παράδειγμα, ένα τραπέζι, μία καρέκλα, εμείς οι άνθρωποι, όλα είναι ύλη. Οτιδήποτε μπορείς να αγγίξεις, πρακτικά ή θεωρητικά, είναι ύλη. Ακόμη και ο αέρας είναι ύλη. Πράγματι, αυτό μπορεί να ακούγεται λίγο παράξενο, αλλά ακουμπάμε τον αέρα όλη την ώρα. Εμείς μπορεί να μην το αντιλαμβανόμαστε κάθε φορά, αλλά σε μία θυελλώδη μέρα μπορεί κανείς εύκολα να δει ότι μπορούμε να αγγίξουμε τον αέρα και έτσι είναι και η ύλη.

Αλλά τι είναι όμως η ύλη; Πως μπορούμε να απεικονίσουμε από τι αποτελείται η ύλη;

Αυτό το ερώτημα μας απασχολεί για περισσότερο από 2500 χρόνια. Τότε, όπως και τώρα, χρησιμοποιούσαμε μοντέλα για να περιγράψουμε και να εξηγήσουμε την φύση. Στην αρχαία Ελλάδα, ο φιλόσοφος Δημόκριτος εφηύρε το καλύτερο μοντέλο για να περιγράψει τι είναι η ύλη. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, η ύλη αποτελείται από αδιαίρετες μονάδες, τις οποίες ο ίδιος ονόμασε άτομα. Στα ελληνικά, “άτομο” σημαίνει αδιαίρετο, και κάπως έτσι ο Δημόκριτος φαντάστηκε αυτά τα άτομα. Όλα αποτελούνται από μικροσκοπικά και αδιαίρετα άτομα τα οποία συνδέονται μεταξύ τους.

Αυτό το μοντέλο είναι πλέον πολύ παλιό, αλλά όπως έχει αποδειχθεί είναι πολύ ακριβές και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται στη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων. Ωστόσο, έχουμε ήδη ανακαλύψει ότι τα άτομα δεν είναι αδιαίρετα. Πράγματι, τα άτομα μπορούν να χωριστούν σε δύο περιοχές. Σύμφωνα με το μοντέλο της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων, μπορούμε να διακρίνουμε μεταξύ ενός μικροσκοπικού χώρου που βρίσκεται ο πυρήνας και ενός σχετικά μεγάλου χώρου τροχιών τριγύρω.

Προσεγγιστική απεικόνιση του ατόμου του υδρογόνου (Η) σε κλίμακα 1.000.000.000:1. Στην πραγματικότητα ο πυρήνας είναι ακόμα πιο μικρός από την κόκκινη κουκκίδα.

Στον μικροσκοπικό χώρο του πυρήνα βρίσκονται τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Αυτά τα σωματίδια βρίσκονται μόνο στον χώρο του πυρήνα. Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα πρωτόνια και τα νετρόνια είναι φτιαγμένα το καθένα από τρία σωματίδια. Τα σωματίδια αυτά λέγονται κουάρκ (quark). Σύμφωνα με την τωρινή φάση της έρευνας, είναι αδιαίρετα. Επομένως, στο μοντέλο της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων ονομάζονται στοιχειώδη σωματίδια.

Τυπογραφική απεικόνιση του πρωτονίου (p) και του νετρονίου (n) σαν συστήματα σωματιδίων.

Στον τεράστιο χώρο τροχιών, είναι πιθανόν να βρούμε άλλα σωματίδια, που ονομάζονται ηλεκτρόνια. Απ’ όσο γνωρίζουμε, αυτά τα ηλεκτρόνια, όπως και τα κουάρκς, είναι αδιαίρετα. Ως εκ τούτου και αυτά ονομάζονται στοιχειώδη σωματίδια. Αυτά τα ηλεκτρόνια είναι πάντα τοποθετημένα κάπου στο χώρο τροχιών, ενώ τα κουάρκς βρίσκονται πάντα στον χώρο του πυρήνα.

Οι χώροι στους οποίους κινούνται τα υποατομικά σωματίδια.

Εν τέλει, το άτομο, όπως ο Δημόκριτος το είχε φανταστεί πριν από 2500 χρόνια, δεν είναι αδιαίρετο. Αλλά είναι φτιαγμένο από αδιαίρετα σωματίδια. Αποτελείται από κουάρκς (quarks) που σχηματίζουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια στον χώρο του πυρήνα, και από τα ηλεκτρόνια που μπορούν να βρεθούν στον χώρο τροχιών.

Σύμφωνα με το μοντέλο φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων, εκτός από αυτά τα μικροσκοπικά αδιαίρετα σωματίδια, υπάρχει μόνο κενός χώρος, τίποτα. Τα πάντα, το τραπέζι, οι καρέκλες, εμείς οι άνθρωποι, η γη, όλα είναι φτιαγμένα από μια απίστευτη ποσότητα στοιχειωδών σωματιδίων και πολύ περισσότερο κενό.


Στο παρακάτω γραφικό φαίνεται σε κλίμακα κατά προσέγγιση η γεωμετρία του ατόμου του υδρογόνου, που είναι το απλούστερο άτομο καθώς αποτελείται μόνο από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Στην πραγματικότητα, το πρωτόνιο είναι αρκετά πιο μικρό από την κλίμακα της τροχιάς του ηλεκτρονίου που φαίνεται.

ηλεκτρόνιο p u u d

Το γραφικό αυτό δημιουργήθηκε από τον τομέα πληροφορικής της Β’ τάξης του Σχολείου μας στα πλαίσια του μαθήματος “Σχεδιασμός και Ανάπτυξη Ιστοτόπων”.