Από την αρχή του χρόνου, τα ανθρώπινα όντα προσπαθούσαν να καταλάβουν από τι αποτελείται το σύμπαν και τα πάντα μέσα σε αυτό. Και ενώ οι αρχαίοι μάγοι και φιλόσοφοι συνέλαβαν έναν κόσμο αποτελούμενο από τέσσερα ή πέντε στοιχεία –γη, αέρας, νερό, φωτιά (και μέταλλο, ή συνείδηση)– από την κλασική αρχαιότητα, οι φιλόσοφοι άρχισαν να θεωρούν ότι όλη η ύλη στην πραγματικότητα αποτελείται από μικροσκοπικά, αόρατα και αδιαίρετα άτομα.
Από τότε, οι επιστήμονες έχουν εμπλακεί σε μια διαδικασία συνεχούς ανακάλυψης του ατόμου, ελπίζοντας να ανακαλύψουν την αληθινή φύση και τη σύνθεση του. Μέχρι τον 20ο αιώνα, η κατανόησή μας βελτιώθηκε σε σημείο που μπορέσαμε να κατασκευάσουμε ένα ακριβές μοντέλο της. Και μέσα στην τελευταία δεκαετία, η κατανόησή μας έχει προχωρήσει ακόμη περισσότερο, σε σημείο που έχουμε φτάσει να επιβεβαιώσουμε την ύπαρξη σχεδόν όλων των θεωρητικών μερών του.
Σήμερα, η ατομική έρευνα επικεντρώνεται στη μελέτη της δομής και της λειτουργίας της ύλης σε υποατομικό επίπεδο. Αυτό δεν συνίσταται μόνο στην αναγνώριση όλων των υποατομικών σωματιδίων που πιστεύεται ότι αποτελούν ένα άτομο, αλλά στη διερεύνηση των δυνάμεων που τα διέπουν. Αυτές περιλαμβάνουν ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις, ασθενείς πυρηνικές δυνάμεις, ηλεκτρομαγνητισμό και βαρύτητα. Εδώ είναι μια ανάλυση όλων όσων έχουμε μάθει για το άτομο μέχρι στιγμής…
Δομή του ατόμου:
Το τρέχον μοντέλο του ατόμου μας μπορεί να αναλυθεί σε τρία συστατικά μέρη - πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Κάθε ένα από αυτά τα μέρη έχει ένα σχετικό φορτίο, με τα πρωτόνια να φέρουν θετικό φορτίο, τα ηλεκτρόνια να έχουν αρνητικό φορτίο και τα νετρόνια να μην έχουν καθαρό φορτίο. Σύμφωνα με Τυποποιημένο μοντέλο σωματιδιακής φυσικής , τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούν τον πυρήνα του ατόμου, ενώ τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω του σε ένα «σύννεφο».
Το μοντέλο του Neils Bohr ενός ατόμου αζώτου. Πίστωση: britannica.com
Τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο έλκονται από τα πρωτόνια του πυρήνα από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να ξεφύγουν από την τροχιά τους, αλλά μόνο ως απόκριση σε μια εξωτερική πηγή ενέργειας που εφαρμόζεται. Όσο πιο κοντά η τροχιά του ηλεκτρονίου στον πυρήνα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ελκτική δύναμη. Ως εκ τούτου, τόσο ισχυρότερη είναι η εξωτερική δύναμη που απαιτείται για να προκαλέσει τη διαφυγή ενός ηλεκτρονίου.
Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα σε πολλαπλές τροχιές, καθεμία από τις οποίες αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο ενεργειακό επίπεδο του ηλεκτρονίου. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να αλλάξει την κατάστασή του σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο απορροφώντας ένα φωτόνιο με αρκετή ενέργεια για να το προωθήσει στη νέα κβαντική κατάσταση. Ομοίως, ένα ηλεκτρόνιο σε κατάσταση υψηλότερης ενέργειας μπορεί να πέσει σε κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας ενώ ακτινοβολεί την περίσσεια ενέργειας ως φωτόνιο.
Τα άτομα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα εάν έχουν ίσο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Τα άτομα που έχουν είτε έλλειμμα είτε πλεόνασμα ηλεκτρονίων ονομάζονται ιόντα. Τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται πιο μακριά από τον πυρήνα μπορούν να μεταφερθούν σε άλλα κοντινά άτομα ή να μοιραστούν μεταξύ των ατόμων. Με αυτόν τον μηχανισμό, τα άτομα μπορούν να συνδέονται με μόρια και άλλους τύπους χημικών ενώσεων.
Και τα τρία από αυτά τα υποατομικά σωματίδια είναι Φερμιόνια, μια κατηγορία σωματιδίων που σχετίζεται με ύλη που είναι είτε στοιχειώδη (ηλεκτρόνια) είτε σύνθετα (πρωτόνια και νετρόνια) στη φύση. Αυτό σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια δεν έχουν γνωστή εσωτερική δομή, ενώ τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από άλλα υποατομικά σωματίδια. που ονομάζονται κουάρκ. Υπάρχουν δύο τύποι κουάρκ στα άτομα, τα οποία έχουν κλασματικό ηλεκτρικό φορτίο.
Το τυπικό μοντέλο στοιχειωδών σωματιδίων. Πίστωση: PBS NOVA/Fermilab/ομάδα δεδομένων σωματιδίων
Τα πρωτόνια αποτελούνται από δύο «επάνω» κουάρκ (το καθένα με φορτίο +2/3) και ένα «κάτω» κουάρκ (-1/3), ενώ τα νετρόνια αποτελούνται από ένα κουάρκ προς τα πάνω και δύο προς τα κάτω κουάρκ. Αυτή η διάκριση ευθύνεται για τη διαφορά φορτίου μεταξύ των δύο σωματιδίων, η οποία καταλήγει σε φορτίο +1 και 0 αντίστοιχα, ενώ τα ηλεκτρόνια έχουν φορτίο -1.
Άλλα υποατομικά σωματίδια περιλαμβάνουν τα Λεπτόνια, τα οποία συνδυάζονται με τα Φερμιόνια για να σχηματίσουν τα δομικά στοιχεία της ύλης. Υπάρχουν έξι λεπτόνια στο παρόν ατομικό μοντέλο: τα σωματίδια ηλεκτρονίου, μιονίου και ταυ και τα σχετιζόμενα νετρίνα τους. Οι διαφορετικές ποικιλίες των σωματιδίων Lepton, που συνήθως ονομάζονται «γεύματα», διαφοροποιούνται από τα μεγέθη και τα φορτία τους, γεγονός που επηρεάζει το επίπεδο των ηλεκτρομαγνητικών τους αλληλεπιδράσεων.
Έπειτα, υπάρχουν τα μποζόνια Gauge, τα οποία είναι γνωστά ως «φορείς δύναμης» αφού μεσολαβούν φυσικές δυνάμεις. Για παράδειγμα, τα γκλουόνια είναι υπεύθυνα για την ισχυρή πυρηνική δύναμη που συγκρατεί τα κουάρκ μαζί ενώ τα μποζόνια W και Z (ακόμα υποθετικά) πιστεύεται ότι είναι υπεύθυνα για την ασθενή πυρηνική δύναμη πίσω από τον ηλεκτρομαγνητισμό. Τα φωτόνια είναι το στοιχειώδες σωματίδιο που συνθέτει το φως, ενώ το μποζόνιο Higgs είναι υπεύθυνο για να δώσει στα μποζόνια W και Z τη μάζα τους.
Ατομική μάζα:
Η πλειονότητα της μάζας ενός ατόμου προέρχεται από τα πρωτόνια και τα νετρόνια που αποτελούν τον πυρήνα του. Τα ηλεκτρόνια έχουν τη μικρότερη μάζα των σωματιδίων ενός ατόμου, με μάζα 9,11 x 10-31kg και ένα μέγεθος πολύ μικρό για να μετρηθεί με τις τρέχουσες τεχνικές. Τα πρωτόνια έχουν μάζα 1.836 φορές μεγαλύτερη από αυτή του ηλεκτρονίου, σε 1,6726×10-27kg, ενώ τα νετρόνια είναι τα πιο μαζικά από τα τρία, σε 1,6929×10-27kg (1.839 φορές τη μάζα του ηλεκτρονίου).
Οι μάζες και των 6 γεύσεων των κουάρκ, με ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο (κόκκινη κουκκίδα) που φαίνονται κάτω αριστερά για κλίμακα. Πίστωση: Wikipedia/Incnis Mrsi
Ο συνολικός αριθμός πρωτονίων και νετρονίων στον πυρήνα ενός ατόμου (που ονομάζονται «νουκλεόνια») ονομάζεται μαζικός αριθμός. Για παράδειγμα, το στοιχείο Carbon-12 ονομάζεται έτσι επειδή έχει μαζικό αριθμό 12 – που προέρχεται από τα 12 νουκλεόνια του (έξι πρωτόνια και έξι νετρόνια). Ωστόσο, τα στοιχεία διατάσσονται επίσης με βάση τον ατομικό τους αριθμό, ο οποίος είναι ίδιος με τον αριθμό των πρωτονίων που βρίσκονται στον πυρήνα. Σε αυτή την περίπτωση, ο άνθρακας έχει ατομικό αριθμό 6.
Η πραγματική μάζα ενός ατόμου σε ηρεμία είναι πολύ δύσκολο να μετρηθεί, καθώς ακόμη και τα πιο μαζικά άτομα είναι πολύ ελαφριά για να εκφραστούν σε συμβατικές μονάδες. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν συχνά την ενοποιημένη μονάδα ατομικής μάζας (u) - που ονομάζεται επίσης dalton (Da) - η οποία ορίζεται ως το δωδέκατο της μάζας ενός ελεύθερου ουδέτερου ατόμου άνθρακα-12, που είναι περίπου 1,66×10-27κιλό.
Οι χημικοί χρησιμοποιούν επίσης moles, μια μονάδα που ορίζεται ως ένα mole οποιουδήποτε στοιχείου που έχει πάντα τον ίδιο αριθμό ατόμων (περίπου 6,022×1023). Αυτός ο αριθμός επιλέχθηκε έτσι ώστε αν ένα στοιχείο έχει ατομική μάζα 1 u, ένα mole ατόμων αυτού του στοιχείου έχει μάζα κοντά στο ένα γραμμάριο. Λόγω του ορισμού της μονάδας ενοποιημένης ατομικής μάζας, κάθε άτομο άνθρακα-12 έχει ατομική μάζα ακριβώς 12 u, και έτσι ένα mole ατόμων άνθρακα-12 ζυγίζει ακριβώς 0,012 kg.
Ραδιενεργή αποσύνθεση:
Οποιαδήποτε δύο άτομα έχουν τον ίδιο αριθμό πρωτονίων ανήκουν στο ίδιο χημικό στοιχείο. Αλλά τα άτομα με ίσο αριθμό πρωτονίων μπορούν να έχουν διαφορετικό αριθμό νετρονίων, τα οποία ορίζονται ως διαφορετικά ισότοπα του ίδιου στοιχείου. Αυτά τα ισότοπα είναι συχνά ασταθή και όλα αυτά με ατομικό αριθμό μεγαλύτερο από 82 είναι γνωστό ότι είναι ραδιενεργά.
Διάγραμμα διάσπασης άλφα και βήτα σε δύο ισότοπα ουρανίου. Πίστωση: Energy-without-carbon.org
Όταν ένα στοιχείο υφίσταται διάσπαση, ο πυρήνας του χάνει ενέργεια εκπέμποντας ακτινοβολία - η οποία μπορεί να αποτελείται από σωματίδια άλφα (άτομα ηλίου), σωματίδια βήτα (ποζιτρόνια), ακτίνες γάμμα (ηλεκτρομαγνητική ενέργεια υψηλής συχνότητας) και ηλεκτρόνια μετατροπής. Ο ρυθμός με τον οποίο ένα ασταθές στοιχείο αποσυντίθεται είναι γνωστός ως 'ημιζωή', που είναι ο χρόνος που απαιτείται για να πέσει το στοιχείο στο μισό της αρχικής του τιμής.
Η σταθερότητα ενός ισοτόπου επηρεάζεται από την αναλογία πρωτονίων προς νετρόνια. Από τους 339 διαφορετικούς τύπους στοιχείων που απαντώνται φυσικά στη Γη, 254 (περίπου 75%) έχουν χαρακτηριστεί ως «σταθερά ισότοπα» – δηλαδή δεν υπόκεινται σε αποσύνθεση. Επιπλέον 34 ραδιενεργά στοιχεία έχουν χρόνο ημιζωής μεγαλύτερο από 80 εκατομμύρια χρόνια και υπάρχουν επίσης από το πρώιμο Ηλιακό Σύστημα (γι' αυτό και ονομάζονται «αρχέγονα στοιχεία»).
Τέλος, είναι γνωστό ότι επιπλέον 51 βραχύβια στοιχεία εμφανίζονται φυσικά, ως «θυγατρικά στοιχεία» (δηλαδή πυρηνικά υποπροϊόντα) της διάσπασης άλλων στοιχείων (όπως το ράδιο από το ουράνιο). Επιπλέον, τα βραχύβια ραδιενεργά στοιχεία μπορεί να είναι αποτέλεσμα φυσικών ενεργειακών διεργασιών στη Γη, όπως ο βομβαρδισμός με κοσμικές ακτίνες (για παράδειγμα, ο άνθρακας-14, που εμφανίζεται στην ατμόσφαιρά μας).
Ιστορία Σπουδών:
Τα παλαιότερα γνωστά παραδείγματα ατομικής θεωρίας προέρχονται από την αρχαία Ελλάδα και την Ινδία, όπου φιλόσοφοι όπως ο Δημόκριτος υπέθεσαν ότι όλη η ύλη αποτελείται από μικροσκοπικές, αδιαίρετες και άφθαρτες μονάδες. Ο όρος «άτομο» επινοήθηκε στην αρχαία Ελλάδα και δημιούργησε τη σχολή σκέψης γνωστή ως «ατομισμός». Ωστόσο, αυτή η θεωρία ήταν περισσότερο φιλοσοφική παρά επιστημονική.
Διάφορα άτομα και μόρια όπως απεικονίζονται στο A New System of Chemical Philosophy (1808) του John Dalton. Πίστωση: Δημόσιος Τομέας
Μόλις τον 19ο αιώνα η θεωρία των ατόμων διατυπώθηκε ως επιστημονικό θέμα, με τα πρώτα πειράματα που βασίζονται σε στοιχεία να πραγματοποιούνται. Για παράδειγμα, στις αρχές του 1800, ο Άγγλος επιστήμονας John Dalton χρησιμοποίησε την έννοια του ατόμου για να εξηγήσει γιατί τα χημικά στοιχεία αντιδρούσαν με συγκεκριμένους παρατηρήσιμους και προβλέψιμους τρόπους.
Ο Dalton ξεκίνησε με το ερώτημα γιατί τα στοιχεία αντιδρούσαν σε αναλογίες μικρών ακέραιων αριθμών και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αυτές οι αντιδράσεις συνέβησαν σε ακέραια πολλαπλάσια διακριτών μονάδων - με άλλα λόγια, άτομα. Μέσω μιας σειράς πειραμάτων που αφορούσαν αέρια, ο Dalton συνέχισε να αναπτύσσει αυτό που είναι γνωστό ως Η Ατομική Θεωρία του Ντάλτον , που παραμένει ένας από τους ακρογωνιαίους λίθους της σύγχρονης φυσικής και χημείας.
Η θεωρία καταλήγει σε πέντε προϋποθέσεις: τα στοιχεία, στην πιο καθαρή τους κατάσταση, αποτελούνται από σωματίδια που ονομάζονται άτομα. Τα άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου είναι όλα ίδια, μέχρι το τελευταίο άτομο. Τα άτομα διαφορετικών στοιχείων μπορούν να διακριθούν από τα ατομικά τους βάρη. Τα άτομα των στοιχείων ενώνονται για να σχηματίσουν χημικές ενώσεις. Τα άτομα δεν μπορούν ούτε να δημιουργηθούν ούτε να καταστραφούν σε χημική αντίδραση, μόνο η ομαδοποίηση αλλάζει ποτέ.
Στα τέλη του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες άρχισαν να διατυπώνουν τη θεωρία ότι το άτομο αποτελείται από περισσότερες από μία θεμελιώδεις μονάδες. Ωστόσο, οι περισσότεροι επιστήμονες αποτόλμησαν ότι αυτή η μονάδα θα είχε το μέγεθος του μικρότερου γνωστού ατόμου - του υδρογόνου. Και στη συνέχεια, το 1897, μέσα από μια σειρά πειραμάτων χρησιμοποιώντας καθοδικές ακτίνες, ο φυσικός J.J. Ο Thompson ανακοίνωσε ότι είχε ανακαλύψει μια μονάδα που ήταν 1000 φορές μικρότερη και 1800 φορές ελαφρύτερη από ένα άτομο υδρογόνου.
Το μοντέλο Plum Pudding του ατόμου που προτάθηκε από τον John Dalton. Πίστωση: britannica.com
Τα πειράματά του έδειξαν επίσης ότι ήταν πανομοιότυπα με τα σωματίδια που εκπέμπονται από το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και από ραδιενεργά υλικά. Μεταγενέστερα πειράματα αποκάλυψαν ότι αυτό το σωματίδιο μετέφερε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω μεταλλικών συρμάτων και αρνητικά ηλεκτρικά φορτία μέσα στα άτομα. Ως εκ τούτου, το σωματίδιο - το οποίο αρχικά ονομάστηκε 'σωμάτιο' - αργότερα άλλαξε σε 'ηλεκτρόνιο', μετά το σωματίδιο που είχε προβλέψει ο George Johnstone Stoney το 1874.
Ωστόσο, ο Thomson υπέθεσε επίσης ότι τα ηλεκτρόνια ήταν κατανεμημένα σε όλο το άτομο, το οποίο ήταν μια ομοιόμορφη θάλασσα θετικού φορτίου. Αυτό έγινε γνωστό ως το «μοντέλο της πουτίγκας δαμάσκηνου», το οποίο αργότερα θα αποδειχτεί λάθος. Αυτό έλαβε χώρα το 1909, όταν οι φυσικοί Hans Gieger και Ernest Marsden (υπό τη διεύθυνση του Ernest Rutherfod) διεξήγαγαν το πείραμά τους χρησιμοποιώντας μεταλλικό φύλλο και σωματίδια άλφα.
Σύμφωνα με το ατομικό μοντέλο του Dalton, πίστευαν ότι τα σωματίδια άλφα θα περνούσαν κατευθείαν μέσα από το φύλλο με μικρή απόκλιση. Ωστόσο, πολλά από τα σωματίδια εκτρέπονταν σε γωνίες μεγαλύτερες από 90°. Για να το εξηγήσει αυτό, ο Rutherford πρότεινε ότι το θετικό φορτίο του ατόμου συγκεντρώνεται σε έναν μικροσκοπικό πυρήνα στο κέντρο.
Το 1913, φυσικός Ο Νιλς Μπορ πρότεινε ένα μοντέλο όπου τα ηλεκτρόνια περιφέρονταν γύρω από τον πυρήνα, αλλά μπορούσαν να το κάνουν μόνο σε ένα πεπερασμένο σύνολο τροχιών. Πρότεινε επίσης ότι τα ηλεκτρόνια μπορούσαν να πηδούν μεταξύ τροχιών, αλλά μόνο σε διακριτές αλλαγές ενέργειας που αντιστοιχούν στην απορρόφηση ή την ακτινοβολία ενός φωτονίου. Αυτό όχι μόνο βελτίωσε το προτεινόμενο μοντέλο του Ράδερφορντ, αλλά έδωσε επίσης αφορμή για την ιδέα ενός κβαντισμένου ατόμου, όπου η ύλη συμπεριφερόταν σε διακριτικά πακέτα.
Το πείραμα με φύλλο χρυσού που διεξήχθη από τους Geiger, Marsden και Rutherford. Πίστωση: glogster.com
Η ανάπτυξη του φασματόμετρου μάζας – το οποίο χρησιμοποιεί μαγνήτη για να κάμψει την τροχιά μιας δέσμης ιόντων – επέτρεψε τη μέτρηση της μάζας των ατόμων με αυξημένη ακρίβεια. Ο χημικός Francis William Aston χρησιμοποίησε αυτό το όργανο για να δείξει ότι τα ισότοπα είχαν διαφορετικές μάζες. Αυτό με τη σειρά του ακολούθησε ο φυσικός James Chadwick, ο οποίος το 1932 πρότεινε το νετρόνιο ως έναν τρόπο να εξηγήσει την ύπαρξη ισοτόπων.
Καθ' όλη τη διάρκεια των αρχών του 20ου αιώνα, η κβαντική φύση των ατόμων αναπτύχθηκε περαιτέρω. Το 1922, οι Γερμανοί φυσικοί Otto Stern και Walther Gerlach διεξήγαγαν ένα πείραμα όπου μια δέσμη ατόμων αργύρου κατευθύνθηκε μέσω ενός μαγνητικού πεδίου, το οποίο προοριζόταν να χωρίσει τη δέσμη μεταξύ της κατεύθυνσης της γωνιακής ορμής των ατόμων (ή σπιν).
Γνωστό ως το Πείραμα Stern – Gerlach , το αποτέλεσμα ήταν ότι η δέσμη χωρίστηκε σε δύο μέρη, ανάλογα με το αν το σπιν των ατόμων ήταν ή όχι προσανατολισμένο προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Το 1926, ο φυσικός Erwin Schrodinger χρησιμοποίησε την ιδέα των σωματιδίων που συμπεριφέρονται σαν κύματα για να αναπτύξει ένα μαθηματικό μοντέλο που περιέγραφε τα ηλεκτρόνια ως τρισδιάστατες κυματομορφές και όχι απλά σωματίδια.
Μια συνέπεια της χρήσης κυματομορφών για την περιγραφή των σωματιδίων είναι ότι είναι μαθηματικά αδύνατο να ληφθούν ακριβείς τιμές τόσο για τη θέση όσο και για την ορμή ενός σωματιδίου σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή. Την ίδια χρονιά, ο Werner Heisenberg διατύπωσε αυτό το πρόβλημα και το ονόμασε «αρχή της αβεβαιότητας». Σύμφωνα με τον Heisenberg, για μια δεδομένη ακριβή μέτρηση της θέσης, μπορεί κανείς να λάβει μόνο ένα εύρος πιθανών τιμών για την ορμή και το αντίστροφο.
Πυρηνική σχάση, όπου ένα άτομο ουρανίου 92 διασπάται από ένα ελεύθερο νετρόνιο για να παραχθεί βάριο και κρυπτό. Πίστωση: physics.stackexchange.com
Στη δεκαετία του 1930, οι φυσικοί ανακάλυψαν την πυρηνική σχάση, χάρη στα πειράματα των Otto Hahn, Lise Meitner και Otto Frisch. Τα πειράματα του Hahn περιελάμβαναν την κατεύθυνση νετρονίων σε άτομα ουρανίου με την ελπίδα να δημιουργηθεί ένα στοιχείο υπερουρανίου. Αντίθετα, η διαδικασία μετέτρεψε το δείγμα του ουρανίου-92 (Ur92) σε δύο νέα στοιχεία – το βάριο (Β56) και το κρυπτό (Κρ27).
Οι Meitner και Frisch επαλήθευσαν το πείραμα και το απέδωσαν στη διάσπαση των ατόμων ουρανίου για να σχηματίσουν δύο στοιχεία με το ίδιο συνολικό ατομικό βάρος, μια διαδικασία που απελευθέρωσε επίσης μια σημαντική ποσότητα ενέργειας σπάζοντας τους ατομικούς δεσμούς. Στα χρόνια που ακολούθησαν, άρχισε η έρευνα για την πιθανή οπλοποίηση αυτής της διαδικασίας (π.χ. πυρηνικά όπλα) και οδήγησε στην κατασκευή των πρώτων ατομικών βομβών στις ΗΠΑ μέχρι το 1945.
Στη δεκαετία του 1950, η ανάπτυξη βελτιωμένων επιταχυντών σωματιδίων και ανιχνευτών σωματιδίων επέτρεψε στους επιστήμονες να μελετήσουν τις επιπτώσεις των ατόμων που κινούνται με υψηλές ενέργειες. Από αυτό, αναπτύχθηκε το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, το οποίο μέχρι στιγμής έχει εξηγήσει με επιτυχία τις ιδιότητες του πυρήνα, την ύπαρξη θεωρητικών υποατομικών σωματιδίων και τις δυνάμεις που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις τους.
Σύγχρονα πειράματα:
Από το δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, πολλές νέες και συναρπαστικές ανακαλύψεις έχουν γίνει σε σχέση με την ατομική θεωρία και την κβαντική μηχανική. Για παράδειγμα, το 2012, η μακρά αναζήτηση για το Μποζόνιο Χιγκς οδήγησε σε μια σημαντική ανακάλυψη όπου οι ερευνητές που εργάζονται στο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Πυρηνικής Έρευνας (CERN) στην Ελβετία ανακοίνωσε την ανακάλυψή του.
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικής Έρευνας (CERN). Πίστωση: home.cern
Τις τελευταίες δεκαετίες, πολύς χρόνος και ενέργεια έχει αφιερωθεί από τους φυσικούς στην ανάπτυξη μιας ενοποιημένης θεωρίας πεδίου (γνωστός και ως Grand Unifying Theory ή Θεωρία των Πάντων ). Ουσιαστικά, από τότε που προτάθηκε για πρώτη φορά το Καθιερωμένο Μοντέλο, οι επιστήμονες προσπάθησαν να κατανοήσουν πώς συνεργάζονται οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις του σύμπαντος (βαρύτητα, ισχυρές και ασθενείς πυρηνικές δυνάμεις και ηλεκτρομαγνητισμός).
Ενώ η βαρύτητα μπορεί να γίνει κατανοητή χρησιμοποιώντας Οι θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν , και οι πυρηνικές δυνάμεις και ο ηλεκτρομαγνητισμός μπορούν να κατανοηθούν χρησιμοποιώντας κβαντική θεωρία , καμία θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει και τις τέσσερις δυνάμεις που συνεργάζονται. Οι προσπάθειες επίλυσης αυτού του προβλήματος οδήγησαν σε μια σειρά από προτεινόμενες θεωρίες όλα αυτά τα χρόνια, που κυμαίνονται από Θεωρία Χορδών προς το Κβαντική βαρύτητα βρόχου . Μέχρι σήμερα, καμία από αυτές τις θεωρίες δεν έχει οδηγήσει σε σημαντική ανακάλυψη.
Η κατανόησή μας για το άτομο έχει προχωρήσει πολύ, από τα κλασικά μοντέλα που το έβλεπαν ως ένα αδρανές στερεό που αλληλεπιδρά με άλλα άτομα μηχανικά, έως τις σύγχρονες θεωρίες όπου τα άτομα αποτελούνται από ενεργητικά σωματίδια που συμπεριφέρονται απρόβλεπτα. Ενώ χρειάστηκαν αρκετές χιλιάδες χρόνια, η γνώση μας για τη θεμελιώδη δομή όλης της ύλης έχει προχωρήσει σημαντικά.
Κι όμως, παραμένουν πολλά μυστήρια που δεν έχουν ακόμη επιλυθεί. Με τον χρόνο και τις συνεχείς προσπάθειες, μπορούμε επιτέλους να ξεκλειδώσουμε τα τελευταία μυστικά του ατόμου που απομένουν. Και πάλι, θα μπορούσε κάλλιστα οι νέες ανακαλύψεις που κάνουμε να δημιουργήσουν περισσότερες ερωτήσεις – και θα μπορούσαν να είναι ακόμα πιο μπερδεμένες από αυτές που προηγήθηκαν!
Έχουμε γράψει πολλά άρθρα για το άτομο για το Σύμπαν Σήμερα. Εδώ είναι ένα άρθρο για Το ατομικό μοντέλο του John Dalton , Το ατομικό μοντέλο του Neils Bohr , Ποιος ήταν ο Δημόκριτος;, και Πόσα Άτομα Υπάρχουν στο Σύμπαν;
Εάν θέλετε περισσότερες πληροφορίες για το άτομο, ρίξτε μια ματιά Άρθρο της NASA για την ανάλυση μικροσκοπικών δειγμάτων , και εδώ είναι ένας σύνδεσμος προς Το άρθρο της NASA για τα άτομα, τα στοιχεία και τα ισότοπα .
Έχουμε επίσης ηχογραφήσει ένα ολόκληρο επεισόδιο του Astronomy Cast all about the Atom. Ακου εδώ, Επεισόδιο 164: Inside the Atom , Επεισόδιο 263: Radioactive Decay , και Επεισόδιο 394: The Standard Model, Bosons .