ทำไมนักวิทยาศาสตร์ถึงกังวลเกี่ยวกับปัญหาของอะตอม?

สารบัญ:

ทำไมนักวิทยาศาสตร์ถึงกังวลเกี่ยวกับปัญหาของอะตอม?
ทำไมนักวิทยาศาสตร์ถึงกังวลเกี่ยวกับปัญหาของอะตอม?
Anonim

ไม่มีใครรู้แน่ชัดว่ากระบวนการใดเกิดขึ้นภายในอะตอม สิ่งเดียวที่ยังคงทราบได้อย่างน่าเชื่อถือคืออิเล็กตรอนวิ่งไปรอบ ๆ ออร์บิทัลในเปลือกนอกของอะตอม ทำให้เกิดพื้นที่ว่างจำนวนมาก ซึ่งในใจกลางของมันคือนิวเคลียสของโปรตอนและนิวตรอน เมื่อรวมตัวกัน โปรตอนและนิวตรอนทำให้อะตอมมีคุณสมบัติเฉพาะที่จะกำหนดคุณสมบัติบางอย่างของสสาร ซึ่งอาจเป็นได้ทั้งออกซิเจนหรือไฮโดรเจน หรือเหล็กหรือซีนอน ตามบทความที่ตีพิมพ์บน livescience.com ยังไม่ทราบว่าโปรตอนและนิวตรอนมีพฤติกรรมอย่างไรภายในอะตอม นอกจากนี้ การทดลองที่ดำเนินการได้แสดงให้เห็นว่าโปรตอนและนิวตรอนที่อยู่ภายในนิวเคลียสดูเหมือนจะมีขนาดใหญ่กว่าที่เป็นจริงมาก คุณสมบัติเหล่านี้เกี่ยวข้องกับอะไรและจะนำไปใช้ในทางปฏิบัติได้อย่างไร?

อะตอมทำงานอย่างไร?

อย่างที่คุณอาจทราบ โปรตอนและนิวตรอนที่อยู่ภายในอะตอมประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ ที่เรียกว่าควาร์ก ซึ่งเป็นปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันที่แรงมากจนไม่มีแรงภายนอกมาทำให้เสียรูปได้ เจอรัลด์ มิลเลอร์ นักฟิสิกส์นิวเคลียร์แห่งมหาวิทยาลัยวอชิงตัน เชื่อว่านิวคลีออนที่ก่อตัวขึ้นเมื่อโปรตอนและนิวตรอนรวมกันมีพลังงานน้อยมาก เมื่อในปี 1983 นักฟิสิกส์จาก European Organisation for Nuclear Research (CERN) สังเกตว่าคานอิเล็กตรอนถูกผลักด้วยเหล็กในลักษณะที่แตกต่างจากโปรตอนอิสระ พวกเขาสรุปว่าปัญหาเรื่องขนาดทำให้โปรตอนและนิวตรอนภายในนิวเคลียสหนักทำตัวราวกับว่าพวกมัน มีขนาดใหญ่มาก ปรากฏการณ์นี้ได้รับการตั้งชื่อว่าเอฟเฟกต์ EMC ตามกลุ่มที่ค้นพบโดยบังเอิญ

Image
Image

ควาร์กเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดในจักรวาล

ในขณะที่ควาร์ก อนุภาคพิเศษที่ประกอบกันเป็นนิวคลีออน มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันภายในโปรตอนและนิวตรอนที่แยกจากกัน ควาร์กที่อยู่ในโปรตอนและนิวตรอนต่างกันไม่สามารถโต้ตอบกันอย่างแข็งขันได้ ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากความจริงที่ว่าประมาณ 20% ของนิวคลีออนในนิวเคลียสนั้นอยู่นอกออร์บิทัลของพวกมันจริงๆ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมันจึงมีพลังมากกว่าปกติมาก ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากควาร์กสามารถเจาะผนังนิวคลีออนได้ ทำให้เกิดการทำลายผนังภายในโปรตอนและนิวตรอนแต่ละตัว

แม้ว่าทฤษฎีปฏิสัมพันธ์นี้จะฟังดูน่าเชื่อถือมาก แต่ผู้เชี่ยวชาญเชื่อว่าสมมติฐานนี้ไม่สามารถแก้ปัญหาของนิวเคลียสของอะตอมได้อย่างสมบูรณ์ แนะนำให้แทนที่ด้วยโครโมไดนามิกของควอนตัมหรือระบบกฎที่ควบคุมพฤติกรรมของควาร์ก ความยากลำบากในการแก้ปัญหานี้อยู่ในระดับต่ำของเทคโนโลยีสมัยใหม่ ซึ่งไม่อนุญาตให้มีการคำนวณโครโมไดนามิกที่ซับซ้อนอย่างยิ่งที่จำเป็นในการยืนยันทฤษฎี

อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของ EMS สามารถช่วยในการชี้แจงประเด็นสำคัญบางประการของฟิสิกส์ควอนตัมสมัยใหม่ได้แล้ว การแนะนำซูเปอร์คอมพิวเตอร์จะช่วยแก้ปัญหาของอะตอมได้หรือไม่? บางทีเวลาจะบอก