Η πυρηνική σχάση είναι η διάσπαση ενός βαρέως ατόμου σε δύο θραύσματα περίπου ίσης μάζας, που συνοδεύεται από την απελευθέρωση μεγάλη ποσότηταενέργεια.
Η ανακάλυψη της πυρηνικής σχάσης ξεκίνησε μια νέα εποχή - την «ατομική εποχή». Το δυναμικό της πιθανής χρήσης του και η αναλογία κινδύνου προς όφελος από τη χρήση του δεν έχουν δημιουργήσει μόνο πολλές κοινωνιολογικές, πολιτικές, οικονομικές και επιστημονικές προόδους, αλλά και σοβαρά προβλήματα. Ακόμη και από καθαρά επιστημονική άποψη, η διαδικασία της πυρηνικής σχάσης έχει δημιουργήσει μεγάλο αριθμόγρίφους και επιπλοκές, και η πλήρης θεωρητική εξήγηση του είναι θέμα για το μέλλον.
Η κοινή χρήση είναι επικερδής
Οι ενέργειες δέσμευσης (ανά νουκλεόνιο) διαφέρουν για διαφορετικούς πυρήνες. Τα βαρύτερα έχουν χαμηλότερη ενέργεια δέσμευσης από αυτά που βρίσκονται στη μέση του περιοδικού πίνακα.
Αυτό σημαίνει ότι οι βαρείς πυρήνες με ατομικό αριθμό μεγαλύτερο από 100 επωφελούνται από τη διάσπαση σε δύο μικρότερα θραύσματα, απελευθερώνοντας έτσι ενέργεια που μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια των θραυσμάτων. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται διάσπαση
Σύμφωνα με την καμπύλη σταθερότητας, η οποία δείχνει τον αριθμό των πρωτονίων έναντι του αριθμού των νετρονίων για σταθερά νουκλεΐδια, οι βαρύτεροι πυρήνες προτιμούν μεγαλύτερο αριθμό νετρονίων (σε σχέση με τον αριθμό των πρωτονίων) από τους ελαφρύτερους πυρήνες. Αυτό υποδηλώνει ότι ορισμένα «εφεδρικά» νετρόνια θα εκπέμπονται μαζί με τη διαδικασία σχάσης. Επιπλέον, θα απορροφήσουν επίσης μέρος της εκλυόμενης ενέργειας. Μια μελέτη της σχάσης του πυρήνα ενός ατόμου ουρανίου έδειξε ότι απελευθερώνονται 3-4 νετρόνια: 238 U → 145 La + 90 Br + 3n.
Ο ατομικός αριθμός (και η ατομική μάζα) του θραύσματος δεν είναι ίσος με το ήμισυ της ατομικής μάζας του γονέα. Η διαφορά μεταξύ των μαζών των ατόμων που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της διάσπασης είναι συνήθως περίπου 50. Ωστόσο, ο λόγος για αυτό δεν είναι ακόμη απολύτως σαφής.
Οι ενέργειες δέσμευσης των 238 U, 145 La και 90 Br είναι 1803, 1198 και 763 MeV, αντίστοιχα. Αυτό σημαίνει ότι ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, απελευθερώνεται η ενέργεια σχάσης του πυρήνα του ουρανίου, ίση με 1198 + 763-1803 = 158 MeV.
Αυθόρμητη σχάση
Οι διαδικασίες αυθόρμητης σχάσης είναι γνωστές στη φύση, αλλά είναι πολύ σπάνιες. Η μέση διάρκεια ζωής αυτής της διαδικασίας είναι περίπου 10 17 χρόνια και, για παράδειγμα, η μέση διάρκεια ζωής της διάσπασης άλφα του ίδιου ραδιονουκλιδίου είναι περίπου 10 11 χρόνια.
Ο λόγος είναι ότι για να χωριστεί σε δύο μέρη, ο πυρήνας πρέπει πρώτα να παραμορφωθεί (τεντώσει) σε ελλειψοειδές σχήμα και μετά, πριν τελικά χωριστεί σε δύο θραύσματα, να σχηματίσει έναν «λαιμό» στη μέση.
Δυνητικό εμπόδιο
Σε παραμορφωμένη κατάσταση, δύο δυνάμεις δρουν στον πυρήνα. Η μία είναι η αυξημένη επιφανειακή ενέργεια (η επιφανειακή τάση μιας σταγόνας υγρού εξηγεί το σφαιρικό της σχήμα) και η άλλη είναι η απώθηση Coulomb μεταξύ των θραυσμάτων σχάσης. Μαζί δημιουργούν ένα πιθανό εμπόδιο.
Όπως και στην περίπτωση της διάσπασης άλφα, για να συμβεί αυθόρμητη σχάση του πυρήνα ενός ατόμου ουρανίου, τα θραύσματα πρέπει να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο χρησιμοποιώντας κβαντική σήραγγα. Το μέγεθος του φραγμού είναι περίπου 6 MeV, όπως στην περίπτωση της διάσπασης άλφα, αλλά η πιθανότητα μιας σήραγγας σωματιδίων άλφα είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του πολύ βαρύτερου προϊόντος ατομικής σχάσης.
Αναγκαστική διάσπαση
Πολύ πιο πιθανή είναι η επαγόμενη σχάση του πυρήνα του ουρανίου. Σε αυτή την περίπτωση, ο μητρικός πυρήνας ακτινοβολείται με νετρόνια. Εάν ο γονέας το απορροφήσει, συνδέονται, απελευθερώνοντας δεσμευτική ενέργεια με τη μορφή δονητικής ενέργειας που μπορεί να υπερβεί τα 6 MeV που απαιτούνται για να ξεπεραστεί το φραγμό του δυναμικού.
Όταν η ενέργεια του πρόσθετου νετρονίου δεν είναι αρκετή για να ξεπεράσει το φραγμό δυναμικού, το προσπίπτον νετρόνιο πρέπει να έχει μια ελάχιστη κινητική ενέργεια για να μπορεί να προκαλέσει ατομική σχάση. Στην περίπτωση των 238 U, η ενέργεια δέσμευσης πρόσθετων νετρονίων λείπει κατά περίπου 1 MeV. Αυτό σημαίνει ότι η σχάση ενός πυρήνα ουρανίου προκαλείται μόνο από ένα νετρόνιο με κινητική ενέργεια μεγαλύτερη από 1 MeV. Από την άλλη πλευρά, το ισότοπο 235 U έχει ένα ασύζευκτο νετρόνιο. Όταν ένας πυρήνας απορροφά έναν επιπλέον πυρήνα, ζευγαρώνει μαζί του και αυτό το ζευγάρωμα οδηγεί σε πρόσθετη ενέργεια δέσμευσης. Αυτό είναι αρκετό για να απελευθερώσει την ποσότητα ενέργειας που είναι απαραίτητη για να ξεπεράσει ο πυρήνας το φραγμό του δυναμικού και η σχάση του ισοτόπου συμβαίνει κατά τη σύγκρουση με οποιοδήποτε νετρόνιο.
Βήτα διάσπαση
Παρόλο που η αντίδραση σχάσης παράγει τρία ή τέσσερα νετρόνια, τα θραύσματα εξακολουθούν να περιέχουν περισσότερα νετρόνια από τις σταθερές ισοβαρείς τους. Αυτό σημαίνει ότι τα θραύσματα διάσπασης τείνουν να είναι ασταθή στη βήτα διάσπαση.
Για παράδειγμα, όταν συμβαίνει η σχάση του πυρήνα ουρανίου 238 U, η σταθερή ισοβαρή με A = 145 είναι νεοδύμιο 145 Nd, πράγμα που σημαίνει ότι το θραύσμα λανθανίου 145 La διασπάται σε τρία στάδια, εκπέμποντας κάθε φορά ένα ηλεκτρόνιο και ένα αντινετρίνο, έως ότου σχηματίζεται σταθερό νουκλίδιο. Μια σταθερή ισοβαρή με A = 90 είναι ζιρκόνιο 90 Zr, έτσι το θραύσμα διάσπασης του βρωμίου 90 Br διασπάται σε πέντε στάδια της αλυσίδας β-διάσπασης.
Αυτές οι αλυσίδες β-διάσπασης απελευθερώνουν πρόσθετη ενέργεια, η οποία σχεδόν όλη μεταφέρεται από ηλεκτρόνια και αντινετρίνα.
Πυρηνικές αντιδράσεις: σχάση πυρήνων ουρανίου
Η άμεση εκπομπή νετρονίων από ένα νουκλίδιο με πάρα πολλά νετρόνια για να διασφαλιστεί η πυρηνική σταθερότητα είναι απίθανη. Το θέμα εδώ είναι ότι δεν υπάρχει άπωση Coulomb και έτσι η επιφανειακή ενέργεια τείνει να κρατά το νετρόνιο συνδεδεμένο με τον γονέα. Ωστόσο, αυτό συμβαίνει μερικές φορές. Για παράδειγμα, το θραύσμα σχάσης των 90 Br στο πρώτο στάδιο της διάσπασης βήτα παράγει το κρυπτόν-90, το οποίο μπορεί να είναι σε διεγερμένη κατάσταση με αρκετή ενέργεια για να υπερνικήσει την επιφανειακή ενέργεια. Σε αυτή την περίπτωση, η εκπομπή νετρονίων μπορεί να συμβεί απευθείας με το σχηματισμό του κρυπτόν-89. εξακολουθεί να είναι ασταθής στη διάσπαση β έως ότου γίνει σταθερό το ύττριο-89, επομένως το κρυπτόν-89 διασπάται σε τρία στάδια.
Διάσπαση πυρήνων ουρανίου: αλυσιδωτή αντίδραση
Τα νετρόνια που εκπέμπονται στην αντίδραση σχάσης μπορούν να απορροφηθούν από έναν άλλο μητρικό πυρήνα, ο οποίος στη συνέχεια ο ίδιος υφίσταται επαγόμενη σχάση. Στην περίπτωση του ουρανίου-238, τα τρία νετρόνια που παράγονται βγαίνουν με ενέργεια μικρότερη από 1 MeV (η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση του πυρήνα του ουρανίου - 158 MeV - μετατρέπεται κυρίως στην κινητική ενέργεια των θραυσμάτων σχάσης ), επομένως δεν μπορούν να προκαλέσουν περαιτέρω σχάση αυτού του νουκλεϊδίου. Ωστόσο, σε μια σημαντική συγκέντρωση του σπάνιου ισοτόπου 235 U, αυτά τα ελεύθερα νετρόνια μπορούν να συλληφθούν από πυρήνες 235 U, οι οποίοι στην πραγματικότητα μπορούν να προκαλέσουν σχάση, καθώς στην περίπτωση αυτή δεν υπάρχει ενεργειακό όριο κάτω από το οποίο δεν προκαλείται σχάση.
Αυτή είναι η αρχή μιας αλυσιδωτής αντίδρασης.
Τύποι πυρηνικών αντιδράσεων
Έστω k ο αριθμός των νετρονίων που παράγονται σε ένα δείγμα σχάσιμου υλικού στο στάδιο n αυτής της αλυσίδας, διαιρεμένος με τον αριθμό των νετρονίων που παράγονται στο στάδιο n - 1. Αυτός ο αριθμός θα εξαρτηθεί από το πόσα νετρόνια που παράγονται στο στάδιο n - 1 απορροφώνται από τον πυρήνα που μπορεί να υποστεί αναγκαστική διαίρεση.
Αν κ< 1, то цепная реакция просто выдохнется и процесс остановится очень быстро. Именно это и происходит в природной в которой концентрация 235 U настолько мала, что вероятность поглощения одного из нейтронов этим изотопом крайне ничтожна.
Εάν k > 1, τότε η αλυσιδωτή αντίδραση θα αναπτυχθεί έως ότου εξαντληθεί όλο το σχάσιμο υλικό. Για ένα σφαιρικό δείγμα, η τιμή του k αυξάνεται με την αύξηση της πιθανότητας απορρόφησης νετρονίων, η οποία εξαρτάται από την ακτίνα της σφαίρας. Επομένως, η μάζα U πρέπει να υπερβαίνει μια ορισμένη ποσότητα, ώστε να μπορεί να συμβεί η σχάση των πυρήνων του ουρανίου (αλυσιδωτή αντίδραση).
Αν k = 1, τότε λαμβάνει χώρα μια ελεγχόμενη αντίδραση. Αυτό χρησιμοποιείται σε μια διαδικασία που ελέγχεται από την κατανομή μεταξύ του ουρανίου του καδμίου ή των ράβδων βορίου που απορροφούν τα περισσότερα απόνετρόνια (τα στοιχεία αυτά έχουν την ικανότητα να συλλαμβάνουν νετρόνια). Η σχάση του πυρήνα του ουρανίου ελέγχεται αυτόματα μετακινώντας τις ράβδους έτσι ώστε η τιμή του k να παραμένει ίση με τη μονάδα.
Λέγεται συχνά ότι υπάρχουν δύο είδη επιστημών - οι μεγάλες και οι μικρές. Η διάσπαση του ατόμου είναι μεγάλη επιστήμη. Διαθέτει γιγαντιαίες πειραματικές εγκαταστάσεις, κολοσσιαίους προϋπολογισμούς και λαμβάνει τη μερίδα του λέοντος των βραβείων Νόμπελ.
Γιατί χρειάστηκε οι φυσικοί να χωρίσουν το άτομο; Η απλή απάντηση -για να καταλάβουμε πώς λειτουργεί το άτομο- περιέχει μόνο ένα μέρος της αλήθειας, αλλά υπάρχει ένας γενικότερος λόγος. Δεν είναι απολύτως σωστό να μιλάμε κυριολεκτικά για τη διάσπαση του ατόμου. Στην πραγματικότητα, μιλάμε για σύγκρουση σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Σε μια σύγκρουση υποατομικά σωματίδιακινούμενος με υψηλές ταχύτητες, γεννιέται ένας νέος κόσμος αλληλεπιδράσεων και πεδίων. Τα θραύσματα της ύλης που φέρουν τεράστια ανεργία, σκορπισμένα μετά από συγκρούσεις, κρύβουν τα μυστικά της φύσης, που από τη «δημιουργία του κόσμου» παρέμειναν θαμμένα στα βάθη του ατόμου.
Οι εγκαταστάσεις όπου συγκρούονται σωματίδια υψηλής ενέργειας - επιταχυντές σωματιδίων - είναι εντυπωσιακές ως προς το μέγεθος και το κόστος τους. Φτάνουν αρκετά χιλιόμετρα σε διάμετρο, κάνοντας ακόμη και τα εργαστήρια που μελετούν τις συγκρούσεις σωματιδίων να φαίνονται μικροσκοπικά σε σύγκριση. Σε άλλους τομείς επιστημονικής έρευνας, ο εξοπλισμός βρίσκεται σε εργαστήριο στη φυσική υψηλής ενέργειας, τα εργαστήρια είναι προσαρτημένα σε έναν επιταχυντή. Πρόσφατα, το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών (CERN), που βρίσκεται κοντά στη Γενεύη, διέθεσε αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια για την κατασκευή ενός δακτυλιδιακού επιταχυντή. Η περιφέρεια της σήραγγας που κατασκευάζεται για το σκοπό αυτό φτάνει τα 27 χιλιόμετρα. Ο επιταχυντής, που ονομάζεται LEP (Μεγάλος δακτύλιος ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων), έχει σχεδιαστεί για να επιταχύνει τα ηλεκτρόνια και τα αντισωματίδια τους (ποζιτρόνια) σε ταχύτητες που διαφέρουν μόνο «στο πλάτος μιας τρίχας» από την ταχύτητα του φωτός. Για να πάρετε μια ιδέα για την κλίμακα της ενέργειας, φανταστείτε ότι αντί για ηλεκτρόνια, ένα νόμισμα σεντ επιταχύνεται σε τέτοιες ταχύτητες. Στο τέλος του κύκλου επιτάχυνσης, θα είχε αρκετή ενέργεια για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια αξίας 1.000 εκατομμυρίων δολαρίων! Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι τέτοια πειράματα ταξινομούνται συνήθως ως φυσική «υψηλής ενέργειας». Προχωρώντας η μία προς την άλλη μέσα στον δακτύλιο, δέσμες ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων αντιμετωπίζουν μετωπικές συγκρούσεις, στις οποίες τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια εκμηδενίζονται, απελευθερώνοντας ενέργεια επαρκή για την παραγωγή δεκάδων άλλων σωματιδίων.
Ποια είναι αυτά τα σωματίδια; Μερικά από αυτά είναι τα ίδια τα «δομικά στοιχεία» από τα οποία έχουμε χτιστεί: πρωτόνια και νετρόνια που αποτελούν τους ατομικούς πυρήνες και ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από τους πυρήνες. Άλλα σωματίδια συνήθως δεν βρίσκονται στην ύλη γύρω μας: η διάρκεια ζωής τους είναι εξαιρετικά μικρή και μετά τη λήξη της αποσυντίθενται σε συνηθισμένα σωματίδια. Ο αριθμός των ποικιλιών τέτοιων ασταθών βραχύβιων σωματιδίων είναι εκπληκτικός: αρκετές εκατοντάδες από αυτά είναι ήδη γνωστά. Όπως τα αστέρια, τα ασταθή σωματίδια είναι πάρα πολλά για να αναγνωριστούν με το όνομά τους. Πολλά από αυτά υποδεικνύονται μόνο με ελληνικά γράμματα και μερικά είναι απλά αριθμοί.
Είναι σημαντικό να έχουμε κατά νου ότι όλα αυτά τα πολυάριθμα και ποικίλα ασταθή σωματίδια δεν είναι κυριολεκτικά συστατικά πρωτονίων, νετρονίων ή ηλεκτρονίων. Όταν συγκρούονται, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας δεν διασκορπίζονται σε πολλά υποατομικά θραύσματα. Ακόμη και κατά τις συγκρούσεις πρωτονίων υψηλής ενέργειας, τα οποία προφανώς αποτελούνται από άλλα αντικείμενα (κουάρκ), κατά κανόνα, δεν χωρίζονται στα συστατικά μέρη τους με τη συνήθη έννοια. Αυτό που συμβαίνει σε τέτοιες συγκρούσεις θεωρείται καλύτερα ως η άμεση δημιουργία νέων σωματιδίων από την ενέργεια της σύγκρουσης.
Πριν από περίπου είκοσι χρόνια, οι φυσικοί έμειναν εντελώς μπερδεμένοι από τον αριθμό και την ποικιλία των νέων υποατομικών σωματιδίων, τα οποία φαινόταν να μην έχουν τέλος. Ήταν αδύνατο να καταλάβουμε γιατί υπήρχαν τόσα πολλά σωματίδια. Ίσως τα στοιχειώδη σωματίδια να είναι σαν τους κατοίκους ενός ζωολογικού κήπου, με την άρρητη οικογενειακή τους σχέση, αλλά χωρίς καμία σαφή ταξινόμηση. Ή μήπως, όπως πίστευαν ορισμένοι αισιόδοξοι, τα στοιχειώδη σωματίδια κρατούν το κλειδί για το σύμπαν; Ποια είναι τα σωματίδια που παρατηρούν οι φυσικοί: ασήμαντα και τυχαία θραύσματα ύλης ή τα περιγράμματα μιας αόριστα αντιληπτής τάξης που αναδύονται μπροστά στα μάτια μας, υποδεικνύοντας την ύπαρξη μιας πλούσιας και πολύπλοκης δομής του υποπυρηνικού κόσμου; Τώρα δεν υπάρχει καμία αμφιβολία για την ύπαρξη μιας τέτοιας δομής. Υπάρχει μια βαθιά και λογική τάξη στον μικρόκοσμο και αρχίζουμε να κατανοούμε την έννοια όλων αυτών των σωματιδίων.
Λέγεται συχνά ότι υπάρχουν δύο είδη επιστημών - οι μεγάλες και οι μικρές. Η διάσπαση του ατόμου είναι μεγάλη επιστήμη. Διαθέτει γιγαντιαίες πειραματικές εγκαταστάσεις, κολοσσιαίους προϋπολογισμούς και λαμβάνει τη μερίδα του λέοντος των βραβείων Νόμπελ.
Γιατί χρειάστηκε οι φυσικοί να χωρίσουν το άτομο; Η απλή απάντηση -για να καταλάβουμε πώς λειτουργεί το άτομο- περιέχει μόνο ένα μέρος της αλήθειας, αλλά υπάρχει ένας γενικότερος λόγος. Δεν είναι απολύτως σωστό να μιλάμε κυριολεκτικά για τη διάσπαση του ατόμου. Στην πραγματικότητα, μιλάμε για σύγκρουση σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Όταν τα υποατομικά σωματίδια που κινούνται με υψηλές ταχύτητες συγκρούονται, γεννιέται ένας νέος κόσμος αλληλεπιδράσεων και πεδίων. Τα θραύσματα της ύλης που φέρουν τεράστια ανεργία, σκορπισμένα μετά από συγκρούσεις, κρύβουν τα μυστικά της φύσης, που από τη «δημιουργία του κόσμου» παρέμειναν θαμμένα στα βάθη του ατόμου.
Οι εγκαταστάσεις όπου συγκρούονται σωματίδια υψηλής ενέργειας - επιταχυντές σωματιδίων - είναι εντυπωσιακές ως προς το μέγεθος και το κόστος τους. Φτάνουν αρκετά χιλιόμετρα σε διάμετρο, κάνοντας ακόμη και τα εργαστήρια που μελετούν τις συγκρούσεις σωματιδίων να φαίνονται μικροσκοπικά σε σύγκριση. Σε άλλους τομείς επιστημονικής έρευνας, ο εξοπλισμός βρίσκεται σε εργαστήριο στη φυσική υψηλής ενέργειας, τα εργαστήρια είναι προσαρτημένα σε έναν επιταχυντή. Πρόσφατα, το Ευρωπαϊκό Κέντρο Πυρηνικών Ερευνών (CERN), που βρίσκεται κοντά στη Γενεύη, διέθεσε αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια δολάρια για την κατασκευή ενός δακτυλιδιακού επιταχυντή. Η περιφέρεια της σήραγγας που κατασκευάζεται για το σκοπό αυτό φτάνει τα 27 χιλιόμετρα. Ο επιταχυντής, που ονομάζεται LEP (Μεγάλος δακτύλιος ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων), έχει σχεδιαστεί για να επιταχύνει τα ηλεκτρόνια και τα αντισωματίδια τους (ποζιτρόνια) σε ταχύτητες που διαφέρουν μόνο «στο πλάτος μιας τρίχας» από την ταχύτητα του φωτός. Για να πάρετε μια ιδέα για την κλίμακα της ενέργειας, φανταστείτε ότι αντί για ηλεκτρόνια, ένα νόμισμα σεντ επιταχύνεται σε τέτοιες ταχύτητες. Στο τέλος του κύκλου επιτάχυνσης, θα είχε αρκετή ενέργεια για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια αξίας 1.000 εκατομμυρίων δολαρίων! Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι τέτοια πειράματα ταξινομούνται συνήθως ως φυσική «υψηλής ενέργειας». Προχωρώντας η μία προς την άλλη μέσα στον δακτύλιο, δέσμες ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων αντιμετωπίζουν μετωπικές συγκρούσεις, στις οποίες τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια εκμηδενίζονται, απελευθερώνοντας ενέργεια επαρκή για την παραγωγή δεκάδων άλλων σωματιδίων.
Ποια είναι αυτά τα σωματίδια; Μερικά από αυτά είναι τα ίδια τα «δομικά στοιχεία» από τα οποία έχουμε χτιστεί: πρωτόνια και νετρόνια που αποτελούν τους ατομικούς πυρήνες και ηλεκτρόνια που περιφέρονται γύρω από τους πυρήνες. Άλλα σωματίδια συνήθως δεν βρίσκονται στην ύλη γύρω μας: η διάρκεια ζωής τους είναι εξαιρετικά μικρή και μετά τη λήξη της αποσυντίθενται σε συνηθισμένα σωματίδια. Ο αριθμός των ποικιλιών τέτοιων ασταθών βραχύβιων σωματιδίων είναι εκπληκτικός: αρκετές εκατοντάδες από αυτά είναι ήδη γνωστά. Όπως τα αστέρια, τα ασταθή σωματίδια είναι πάρα πολλά για να αναγνωριστούν με το όνομά τους. Πολλά από αυτά υποδεικνύονται μόνο με ελληνικά γράμματα και μερικά είναι απλά αριθμοί.
Είναι σημαντικό να έχουμε κατά νου ότι όλα αυτά τα πολυάριθμα και ποικίλα ασταθή σωματίδια δεν είναι σε καμία περίπτωση κυριολεκτικά εξαρτήματαπρωτόνια, νετρόνια ή ηλεκτρόνια. Όταν συγκρούονται, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια υψηλής ενέργειας δεν διασκορπίζονται σε πολλά υποατομικά θραύσματα. Ακόμη και κατά τις συγκρούσεις πρωτονίων υψηλής ενέργειας, τα οποία προφανώς αποτελούνται από άλλα αντικείμενα (κουάρκ), κατά κανόνα, δεν χωρίζονται στα συστατικά μέρη τους με τη συνήθη έννοια. Αυτό που συμβαίνει σε τέτοιες συγκρούσεις θεωρείται καλύτερα ως η άμεση δημιουργία νέων σωματιδίων από την ενέργεια της σύγκρουσης.
Πριν από περίπου είκοσι χρόνια, οι φυσικοί έμειναν εντελώς μπερδεμένοι από τον αριθμό και την ποικιλία των νέων υποατομικών σωματιδίων, τα οποία φαινόταν να μην έχουν τέλος. Ήταν αδύνατο να καταλάβω Για τιτόσα πολλά σωματίδια. Ίσως τα στοιχειώδη σωματίδια να είναι σαν τους κατοίκους ενός ζωολογικού κήπου, με την άρρητη οικογενειακή τους σχέση, αλλά χωρίς καμία σαφή ταξινόμηση. Ή μήπως, όπως πίστευαν ορισμένοι αισιόδοξοι, τα στοιχειώδη σωματίδια κρατούν το κλειδί για το σύμπαν; Ποια είναι τα σωματίδια που παρατηρούν οι φυσικοί: ασήμαντα και τυχαία θραύσματα ύλης ή τα περιγράμματα μιας αόριστα αντιληπτής τάξης που αναδύονται μπροστά στα μάτια μας, υποδεικνύοντας την ύπαρξη μιας πλούσιας και πολύπλοκης δομής του υποπυρηνικού κόσμου; Τώρα δεν υπάρχει καμία αμφιβολία για την ύπαρξη μιας τέτοιας δομής. Υπάρχει μια βαθιά και λογική τάξη στον μικρόκοσμο και αρχίζουμε να καταλαβαίνουμε την έννοια όλων αυτών των σωματιδίων.
Το πρώτο βήμα προς την κατανόηση του μικροκόσμου έγινε ως αποτέλεσμα της συστηματοποίησης όλων των γνωστών σωματιδίων, όπως και τον 18ο αιώνα. βιολόγοι συνέταξαν λεπτομερείς καταλόγους φυτικών και ζωικών ειδών. Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των υποατομικών σωματιδίων περιλαμβάνουν τη μάζα, το ηλεκτρικό φορτίο και το σπιν.
Επειδή η μάζα και το βάρος σχετίζονται, τα σωματίδια με υψηλή μάζα ονομάζονται συχνά «βαριά». Η σχέση του Αϊνστάιν E =mc^Το 2 δείχνει ότι η μάζα ενός σωματιδίου εξαρτάται από την ενέργειά του και, επομένως, από την ταχύτητά του. Ένα σωματίδιο σε κίνηση είναι βαρύτερο από ένα σωματίδιο σε ηρεμία. Όταν μιλούν για τη μάζα ενός σωματιδίου, το εννοούν μάζα ανάπαυσης,αφού αυτή η μάζα δεν εξαρτάται από την κατάσταση κίνησης. Ένα σωματίδιο με μηδενική μάζα ηρεμίας κινείται με την ταχύτητα του φωτός. Το πιο προφανές παράδειγμα σωματιδίου με μηδενική μάζα ηρεμίας είναι το φωτόνιο. Πιστεύεται ότι το ηλεκτρόνιο είναι το ελαφρύτερο σωματίδιο με μη μηδενική μάζα ηρεμίας. Το πρωτόνιο και το νετρόνιο είναι σχεδόν 2.000 φορές βαρύτερα, ενώ το βαρύτερο σωματίδιο που δημιουργήθηκε στο εργαστήριο (το σωματίδιο Ζ) είναι περίπου 200.000 φορές η μάζα του ηλεκτρονίου.
Το ηλεκτρικό φορτίο των σωματιδίων ποικίλλει σε ένα μάλλον στενό εύρος, αλλά, όπως σημειώσαμε, είναι πάντα πολλαπλάσιο της θεμελιώδους μονάδας φορτίου. Ορισμένα σωματίδια, όπως τα φωτόνια και τα νετρίνα, δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Εάν το φορτίο ενός θετικά φορτισμένου πρωτονίου ληφθεί ως +1, τότε το φορτίο του ηλεκτρονίου είναι -1.
Στο κεφ. 2 εισαγάγαμε ένα άλλο χαρακτηριστικό των σωματιδίων - το σπιν. Επίσης, λαμβάνει πάντα τιμές που είναι πολλαπλάσια κάποιας θεμελιώδους μονάδας, η οποία για ιστορικούς λόγους επιλέγεται να είναι 1 /2. Έτσι, ένα πρωτόνιο, το νετρόνιο και το ηλεκτρόνιο έχουν σπιν 1/2, και το σπιν του φωτονίου είναι 1. Τα σωματίδια με σπιν 0, 3/2 και 2 είναι επίσης γνωστά. Θεμελιώδη σωματίδιαμε σπιν μεγαλύτερο από 2 δεν έχουν βρεθεί και οι θεωρητικοί πιστεύουν ότι σωματίδια με τέτοια σπιν δεν υπάρχουν.
Το σπιν ενός σωματιδίου είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό και ανάλογα με την τιμή του, όλα τα σωματίδια χωρίζονται σε δύο κατηγορίες. Τα σωματίδια με σπιν 0, 1 και 2 ονομάζονται «μποζόνια» - από τον Ινδό φυσικό Chatyendranath Bose, και τα σωματίδια με σπιν μισού ακέραιου αριθμού (δηλαδή με σπιν 1/2 ή 3/2 - «φερμιόνια» προς τιμήν του Ενρίκο Φέρμι. Το να ανήκεις σε μία από αυτές τις δύο κατηγορίες είναι ίσως η πιο σημαντική στον κατάλογο των χαρακτηριστικών ενός σωματιδίου.
Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό ενός σωματιδίου είναι η διάρκεια ζωής του. Μέχρι πρόσφατα, πίστευαν ότι τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια, τα φωτόνια και τα νετρίνα ήταν απολύτως σταθερά, δηλ. έχουν απείρως μεγάλη διάρκεια ζωής. Ένα νετρόνιο παραμένει σταθερό ενώ είναι «κλειδωμένο» στον πυρήνα, αλλά ένα ελεύθερο νετρόνιο διασπάται σε περίπου 15 λεπτά μικρό, αλλά δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι ένα σωματίδιο που πετά με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός (και τα περισσότερα σωματίδια που γεννιούνται σε επιταχυντές κινούνται ακριβώς με τέτοιες ταχύτητες) καταφέρνει να πετάξει σε απόσταση 300 μέτρων σε ένα μικροδευτερόλεπτο.
Τα ασταθή σωματίδια υφίστανται διάσπαση, η οποία είναι μια κβαντική διαδικασία, και επομένως υπάρχει πάντα ένα στοιχείο απρόβλεπτου στη διάσπαση. Η διάρκεια ζωής ενός συγκεκριμένου σωματιδίου δεν μπορεί να προβλεφθεί εκ των προτέρων. Με βάση στατιστικές εκτιμήσεις, μόνο η μέση διάρκεια ζωής μπορεί να προβλεφθεί. Συνήθως μιλούν για τον χρόνο ημιζωής ενός σωματιδίου - τον χρόνο κατά τον οποίο ο πληθυσμός των πανομοιότυπων σωματιδίων μειώνεται στο μισό. Το πείραμα δείχνει ότι η μείωση στο μέγεθος του πληθυσμού συμβαίνει εκθετικά (βλ. Εικ. 6) και ο χρόνος ημιζωής είναι 0,693 του μέσου χρόνου ζωής.
Δεν αρκεί για τους φυσικούς να γνωρίζουν ότι αυτό ή εκείνο το σωματίδιο υπάρχει, προσπαθούν να καταλάβουν ποιος είναι ο ρόλος του. Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα εξαρτάται από τις ιδιότητες των σωματιδίων που αναφέρονται παραπάνω, καθώς και από τη φύση των δυνάμεων που ασκούνται στο σωματίδιο από το εξωτερικό και το εσωτερικό του. Πρώτα απ 'όλα, οι ιδιότητες ενός σωματιδίου καθορίζονται από την ικανότητά του (ή την αδυναμία) του να συμμετέχει σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Τα σωματίδια που συμμετέχουν σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις σχηματίζουν μια ειδική τάξη και ονομάζονται ανδρών.Τα σωματίδια που συμμετέχουν σε ασθενείς αλληλεπιδράσεις και δεν συμμετέχουν σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις ονομάζονται λεπτόνια,που σημαίνει «πνεύμονες». Ας ρίξουμε μια σύντομη ματιά σε καθεμία από αυτές τις οικογένειες.
Η διάσπαση των πυρήνων των ατόμων διαφόρων στοιχείων χρησιμοποιείται επί του παρόντος αρκετά ευρέως. Όλοι οι πυρηνικοί σταθμοί λειτουργούν στην αντίδραση σχάσης, η αρχή λειτουργίας όλων των πυρηνικών όπλων βασίζεται σε αυτήν την αντίδραση. Στην περίπτωση μιας ελεγχόμενης ή αλυσιδωτής αντίδρασης, το άτομο, έχοντας χωριστεί σε μέρη, δεν μπορεί πλέον να ενωθεί και να επιστρέψει στην αρχική του κατάσταση. Αλλά, χρησιμοποιώντας αρχές και νόμους κβαντομηχανικήΟι επιστήμονες κατάφεραν να χωρίσουν ένα άτομο σε δύο μισά και να τα συνδέσουν ξανά χωρίς να παραβιάσουν την ακεραιότητα του ίδιου του ατόμου.
Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Βόννης χρησιμοποίησαν την αρχή της κβαντικής αβεβαιότητας, η οποία επιτρέπει στα αντικείμενα να υπάρχουν σε πολλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Στο πείραμα, με τη βοήθεια κάποιων φυσικών τεχνασμάτων, οι επιστήμονες ανάγκασαν ένα μόνο άτομο να υπάρχει σε δύο μέρη ταυτόχρονα, η απόσταση μεταξύ τους ήταν λίγο μεγαλύτερη από το ένα εκατοστό του χιλιοστού, που στην ατομική κλίμακα είναι απλά μια τεράστια απόσταση .
Τέτοια κβαντικά φαινόμενα μπορούν να εμφανιστούν μόνο σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Ένα άτομο καισίου ψύχθηκε με φως λέιζερ σε θερμοκρασία 1/10 του εκατομμυριοστού του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν. Το ψυχόμενο άτομο στη συνέχεια παγιδεύτηκε οπτικά από μια δέσμη φωτός από άλλο λέιζερ.
Είναι γνωστό ότι ο πυρήνας ενός ατόμου μπορεί να περιστρέφεται σε μία από τις δύο κατευθύνσεις, το φως του λέιζερ ωθεί τον πυρήνα προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά. «Αλλά ένα άτομο, σε μια συγκεκριμένη κβαντική κατάσταση, μπορεί να έχει μια «διχασμένη προσωπικότητα», το ένα μισό του περιστρέφεται προς τη μία κατεύθυνση, το άλλο προς την αντίθετη κατεύθυνση, αλλά, ταυτόχρονα, το άτομο εξακολουθεί να είναι ένα ολόκληρο αντικείμενο. », λέει ο φυσικός Andreas Steffen. Έτσι, ο πυρήνας ενός ατόμου, μέρη του οποίου περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις, μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη με μια δέσμη λέιζερ και αυτά τα μέρη του ατόμου μπορούν να διαχωριστούν σε μεγάλη απόσταση, κάτι που κατάφεραν να επιτύχουν οι επιστήμονες πείραμα.
Οι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι χρησιμοποιώντας μια παρόμοια μέθοδο, είναι δυνατό να δημιουργηθούν οι λεγόμενες «κβαντικές γέφυρες», οι οποίες είναι αγωγοί κβαντικών πληροφοριών. Ένα άτομο μιας ουσίας χωρίζεται στα μισά, τα οποία απομακρύνονται μέχρι να έρθουν σε επαφή με γειτονικά άτομα. Σχηματίζεται κάτι σαν οδόστρωμα, ένα άνοιγμα που συνδέει δύο πυλώνες μιας γέφυρας, κατά μήκος του οποίου μπορούν να μεταδοθούν πληροφορίες. Αυτό είναι δυνατό λόγω του γεγονότος ότι ένα άτομο που διαιρείται με αυτόν τον τρόπο συνεχίζει να παραμένει ένα ενιαίο σύνολο στο κβαντικό επίπεδο λόγω του γεγονότος ότι τα μέρη του ατόμου είναι μπλεγμένα στο κβαντικό επίπεδο.
Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Βόννης σκοπεύουν να χρησιμοποιήσουν μια τέτοια τεχνολογία για να προσομοιώσουν και να δημιουργήσουν πολύπλοκα κβαντικά συστήματα. «Για εμάς, το άτομο είναι σαν ένα καλά λαδωμένο γρανάζι», λέει ο Dr Andrea Alberti, ο επικεφαλής της ομάδας. «Χρησιμοποιώντας πολλά από αυτά τα γρανάζια, μπορείτε να δημιουργήσετε μια κβαντική υπολογιστική συσκευή με χαρακτηριστικά που υπερβαίνουν κατά πολύ εκείνα των πιο προηγμένων υπολογιστών. Απλώς πρέπει να είστε σε θέση να τοποθετήσετε και να συνδέσετε σωστά αυτά τα γρανάζια.
26 Νοεμβρίου 1894. Ο γάμος του Ρώσου Τσάρου Νικολάου Β' και της Γερμανίδας πριγκίπισσας Αλίκης της Έσσης-Ντάρμσταντ πραγματοποιήθηκε στην Αγία Πετρούπολη. Μετά το γάμο, η σύζυγος του αυτοκράτορα αποδέχτηκε την ορθόδοξη πίστη και έλαβε το όνομα Alexandra Feodorovna.
27 Νοεμβρίου 1967. Ο κινηματογράφος της Μόσχας «Mir» φιλοξένησε την πρεμιέρα του πρώτου σοβιετικού θρίλερ «Viy». Τους κύριους ρόλους έπαιξαν οι Leonid Kuravlev και Natalia Varley. Τα γυρίσματα έγιναν στην περιοχή Ivano-Frankivsk και στο χωριό Sednev στην περιοχή Chernihiv.
28 Νοεμβρίου 1942 Σοβιετική Ένωσησύναψε συμφωνία με τη Γαλλία για έναν κοινό αγώνα εναντίον της ναζιστικής Γερμανίας στους ουρανούς. Η πρώτη γαλλική μοίρα αεροπορίας «Normandie-Niemen» αποτελούνταν από 14 πιλότους και 17 τεχνικούς.
29 Νοεμβρίου 1812Ο στρατός του Ναπολέοντα ηττήθηκε καθώς διέσχιζε τον ποταμό Berezina. Ο Ναπολέων έχασε περίπου 35 χιλιάδες ανθρώπους. Απώλειες ρωσικών στρατευμάτων, σύμφωνα με την επιγραφή στον 25ο τοίχο της γκαλερί στρατιωτική δόξαΚαθεδρικός ναός του Σωτήρος Χριστού, ανήλθε σε 4 χιλιάδες στρατιώτες. Σχεδόν 10 χιλιάδες Γάλλοι αιχμαλωτίστηκαν από τον Ρώσο στρατηγό Peter Wittgenstein.
1 Δεκεμβρίου 1877Στο χωριό Markovka, στην περιοχή Vinnytsia, ο Nikolai Leontovich, ένας Ουκρανός συνθέτης, μαέστρος χορωδίας, συγγραφέας των τραγουδιών "Dudarik", "The Cossack is Carrying", "Little Mother of One Daughter", "Shchedrik" (το τραγούδι είναι γνωστό στη Δύση ως χριστουγεννιάτικο τραγούδι των καμπάνων (“Carol of the Bells”).
1 Δεκεμβρίου 1991. Πραγματοποιήθηκε πανουκρανικό δημοψήφισμα για το ζήτημα της κρατικής ανεξαρτησίας της Ουκρανίας. Πρώτος πρόεδρος της χώρας εξελέγη ο Λεονίντ Κράβτσουκ.
2 Δεκεμβρίου 1942. Ο φυσικός Enrico Fermi και μια ομάδα Αμερικανών επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Σικάγο πραγματοποίησαν μια ελεγχόμενη πυρηνική αντίδραση, διασπώντας ένα άτομο για πρώτη φορά.
Την 1η Δεκεμβρίου 1992, ο ουκρανικός τομέας UA καταχωρήθηκε στη διεθνή βάση δεδομένων
Μεταξύ των πρώην σοβιετικών δημοκρατιών, η Ουκρανία έγινε η πρώτη χώρα που έλαβε εθνικό τομέα Διαδικτύου την 1η Δεκεμβρίου 1992. Η Ρωσία καταχωρήθηκε αργότερα: ο τομέας RU εμφανίστηκε στις 7 Απριλίου 1994. Την ίδια χρονιά, η Δημοκρατία της Λευκορωσίας - BY, η Αρμενία - AM και το Καζακστάν - KZ έλαβαν τους τομείς τους. Και ο πρώτος εθνικός τομέας στην ιστορία του Διαδικτύου ήταν οι αμερικανικές ΗΠΑ, καταχωρήθηκε τον Μάρτιο του 1985. Ταυτόχρονα, εμφανίστηκαν τα domain της Μεγάλης Βρετανίας - ΗΒ και Ισραήλ - IL. Η δημιουργία ενός συστήματος τομέα κατέστησε δυνατή την άμεση κατανόηση της τοποθεσίας του από το όνομα του ιστότοπου.
Τον Ιανουάριο του 1993, σε ένα συνέδριο Ουκρανών ειδικών του Διαδικτύου στο χωριό Slavskoye, στην περιοχή Lviv, προτάθηκαν 27 τομείς, που δημιουργήθηκαν σε γεωγραφική βάση, επιλεγμένοι με κωδικό τηλεφωνικής αρίθμησης. Οι πόλεις και οι επιχειρήσεις της Ουκρανίας έχουν την ευκαιρία να δημιουργήσουν τους δικούς τους ιστότοπους στο Διαδίκτυο, για παράδειγμα, kiev.ua, crimea.ua, dnepropetrovsk.ua. Όλες οι ευθύνες για τη διαχείρισή τους συνέχισαν να εκτελούνται από άτομα σε εθελοντική βάση. Σε ορισμένους δημόσιους τομείς, αυτή η πρακτική συνεχίζεται μέχρι σήμερα. Τώρα κάθε εθνικός ή γεωγραφικός τομέας έχει τον δικό του διαχειριστή - μια εταιρεία ή ένα άτομο που καθορίζει τους κανόνες εγγραφής. Με τον καιρό, το Διαδίκτυο γέννησε τη δική του εκδοχή της γλώσσας. Όνομα τομέα, που τελειώνει με τη συντομογραφία COM, NET, EDU, σημαίνει τη συντομογραφία γενική έννοια. Για παράδειγμα, το COM είναι εμπορικό, το NET είναι δίκτυο, το EDU είναι εκπαιδευτικό. Στη χώρα μας, το πιο δημοφιλές domain είναι το COM. Την άνοιξη του 2001, προκειμένου να αποκατασταθεί η τάξη, τελικά δημιουργήθηκε νομικό πρόσωπο Hostmaster LLC, η οποία περιλάμβανε διαχειριστές UA και άλλων ουκρανικών τομέων. Ιδιώτες, οι πρώην ιδιοκτήτες του ουκρανικού domain UA, μεταβίβασαν επίσημα μέρος των εξουσιών στον «Hostmaster».
Σήμερα ο καθένας μπορεί να δημιουργήσει τη δική του ιστοσελίδα και να αποκτήσει έναν τομέα. Το πρώτο στάδιο, κατά το οποίο μόνο οι κάτοχοι εμπορικών σημάτων μπορούσαν να καταχωρήσουν domain στη ζώνη UA, έχει ήδη τελειώσει. Από το 2010, η δωρεάν εγγραφή τομέα είναι διαθέσιμη για οποιονδήποτε για περίοδο δέκα ετών, η τιμή χρήσης ενός τομέα για ένα έτος είναι 90 hryvnia. Παρεμπιπτόντως, ο συγγραφέας, φιλόσοφος και δημόσιο πρόσωπο του 19ου αιώνα, Βλαντιμίρ Οντογιέφσκι, ήταν ο πρώτος που προέβλεψε το Διαδίκτυο. Στο μυθιστόρημα «Έτος 4338», που δημοσιεύτηκε το 1837, ο Οντογιέφσκι έγραψε: « Μεταξύ οικείων σπιτιών εγκαθίστανται μαγνητικοί τηλέγραφοι, μέσω των οποίων όσοι ζουν σε μεγάλη απόσταση επικοινωνούν μεταξύ τους." Τώρα, ανοίγοντας έναν ιστότοπο στο Διαδίκτυο χωρίς να φύγει από το σπίτι, ο καθένας μας μπορεί να αγοράσει αεροπορικό εισιτήριο και τρένο, να κάνει αγορές σε ένα σούπερ μάρκετ ηλεκτρονικών ειδών, να δημοσιεύσει τα έργα του χωρίς μεσάζοντες και ακόμη και να βρει σύντροφο ζωής σε έναν ιστότοπο γνωριμιών. Οι εικοσάχρονοι δύσκολα φαντάζονται μια εποχή που πήγαιναν στη βιβλιοθήκη για να αγοράσουν βιβλία, τα γράμματα γράφονταν με το χέρι και τα νέα μάθαιναν μόνο από τηλεοπτικά προγράμματα ή έντυπες εκδόσεις.
