Фундаментальна основа Всесвіту: фізики розповіли, чи торкаються атоми один одного

З атомів, які є фундаментальним будівельним блоком матерії, складається все у відомому нам Всесвіті. Усе, що ми бачимо навколо, складається з атомів, зокрема, звісно, й люди. Але чи стикаються атоми коли-небудь один з одним? Як і у випадку з більшістю тем в атомній фізиці, відповідь складніша, ніж можна уявити, пише Live Science.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Спочатку потрібно визначити, що фізики мають на увазі під зіткненням атомів один з одним. За словами фізика Крістофера Берда з Техаського університету A&M, США, під дотиком двох об'єктів зазвичай мається на увазі те, що чітко визначена зовнішня поверхня одного об'єкта перебуває в тому самому місці, що й чітко визначена зовнішня поверхня іншого об'єкта. Але в атомному масштабі такий тип зіткнення не має сенсу, адже в атомів немає чітко визначених зовнішніх поверхонь.

Склад атома

Атом не є ні твердим об'єктом, ні найменшою частинкою. Атом сам складається з частинок, які взаємодіють між собою. Атом складається з ядра, яке оточує хмару з електронів, що обертаються навколо ядра. Ядро атома складається з таких елементарних частинок, як протони та нейтрони. Вони, своєю чергою, складаються з іще дрібніших частинок: кварків і глюонів.

В атомах різних хімічних елементів міститься різна кількість протонів, нейтронів та електронів. Наприклад, в атомі водню немає нейтронів, але є один протон і один електрон. А атом урану складається з 92 протонів, 92 електронів. Кількість нейтронів, максимум 146, в атомі урану залежить від того, який це ізотоп певного хімічного елемента.

Як торкаються атоми один до одного?

За словами Берда, хмара з електронів в атомі ускладнює визначення точної межі, де відбувається зіткнення атомів. Тому зіткненням атомів варто вважати точку, яка запускає фізичний або хімічний ефект, як-от створення хімічних зв'язків. Така точка виникає, коли відбувається сильне перетинання хмар з електронів у різних атомах. Якщо точніше, то для виникнення фізичних або хімічних ефектів потрібен перетин орбіталей електронів одного атома з орбіталями електронів іншого.

Схоже "зіткнення" атомів відбувається внаслідок впливу різних сил, зокрема електромагнетизму, гравітації та квантової механіки.

Дотик атомів в укорителеві частинок

Фізик Чжицюань Сан із Массачусетського технологічного інституту, США, каже, що є й інша форма зіткнення атомів один з одним. Вона виникає, коли елементарні частинки стикаються одна з одною на дуже високій швидкості у прискорювачі частинок, наприклад, у Великому адронному колайдері.

Сан пояснює, що, коли атоми стикаються один з одним з досить високою енергією, так що їхні хмари з електронів перетинаються, ядра атомів піддаються пружним або непружним зіткненням.

Під час пружного зіткнення ядро атома просто змінює напрямок і знову знаходить свої електрони та стає тим самим атомом, яким воно було. Під час непружного зіткнення ядро розпадається на протони і нейтрони, і вони можуть утворювати інші ядра.

За словами Берда, навіть якщо атоми не стикаються один з одним так, як ми це можемо собі уявити на прикладі звичайних предметів, усе ж таки зіткнення атомів є основою світу, що складається з матерії.

Без зіткнення атомів наша реальність була б іншою

Якби атоми тих чи інших звичних нам предметів не стикалися за допомогою хімічних зв'язків, то ці предмети не змогли б утримувати свою форму. Усі матеріальні ефекти виникають через будь-яку форму зіткнення атомів, включно з хімічними реакціями, вібраціями, звуковими хвилями, теплом тощо, каже Берд.

Як уже писав Фокус, на близькій до нас, схожій на Землю планеті виявили те, чого раніше ніколи не бачили. Передбачалося, що одна з планет у системі TRAPPIST-1 не може мати атмосферу, але нові дані спростовують це.

Також Фокус писав про те, що фізики заявили про те, що їм вдалося підтвердити існування давно передбаченої незвичайної форми матерії. Квантова спінова рідина являє собою один із магнітних станів матерій.