Р-9. ПРОТОНЫ И НЕЙТРОНЫ ИЗ КВАРКОВ. Было время, когда атом (в переводе с греческого — неделимый) считался чем-то в виде цельного микрошарика, но уже около ста лет нет никаких сомнений в том, что атом — сложная система, собранная из протонов, нейтронов и электронов. Сейчас протон и нейтрон, тоже бывшие неделимые «шарики», считают прочным соединением трёх деталей — кварков по имени u и d (от up — вверх и down — вниз). Детали эти, как и само их название «кварки», были придуманы пол века назад теоретиками, а через несколько лет в экспериментах нашли приметы их реального существования. И хотя извлечь кварки и «подержать их в руках» в принципе невозможно, уже удалось обнаружить, что у них есть не только хорошо знакомые нам свойства, такие, например, как масса и электрический заряд, но и ряд совершенно новых для физики, так сказать, чисто кварковых свойств, которым дали любопытные названия: цвет, очарование, прелесть, странность и другие в этом же роде. Кроме того, кварки требуют внести поправки в нашу оценку минимальной порции электрического заряда — он может составлять 2/3 и 1/3 от заряда электрона или протона, который в электротехнике всегда считали минимальной порцией электричества.
Кроме нормальных кварков в теории, а значит, и в природе есть ещё и антикварки — частицы с противоположным набором некоторых свойств. Античастицы для физики явление не новое, давно известны антиэлектрон (позитрон) — электрон с положительным электрическим зарядом — и антипротон с отрицательным. Античастица живёт ничтожные доли секунды, она тотчас же соединяется с нормальной частицей, и они вместе погибают, точнее, превращаются в порцию энергии. Не будем пока говорить о других звёздных системах, но в нашей практически нет антивещества. О нём, так же как и о кварках, полезно хоть что-то знать, но чаще всего не нужно учитывать эту безумную физику, размышляя об устройстве электрических машин и приборов. Поэтому, не забывая о поправках, которые может принести нам собранный из кварков атом, мы пока будем считать протон единой частицей с минимальной порцией положительного электрического заряда, равной (по силе!!!) отрицательному заряду электрона.
Вот, оказывается, как великолепно сконструирован и изготовлен наш мир. Мало того, что получились совершенно одинаковыми все электроны во Вселенной, всё их неисчислимое множество. И все протоны получились совершенно одинаковыми. Ко всему ещё обе эти абсолютно разные частицы (бумажная скрепка и двухлитровая банка воды) имеют одинаковый по величине электрический заряд, при этом заряды у них разного сорта, разного знака. Именно такие частицы, оказывается, необходимы для образования устойчивых атомов.
Сравнительно недавно, лет 40–50 назад, начала активно развиваться и получать экспериментальное подтверждение физическая теория, согласно которой такие частицы, как протон и нейтрон (к электрону это не относится), состоят из ещё более мелких деталей — кварков (Р-9). У кварков электрический заряд меньше, чем у протона и электрона, и может составлять 1/3 или 2/3 от той порции электричества, которую имеет протон. Причём заряд кварков может быть как положительным, так и отрицательным. Однако та же теория предсказывает, что сами кварки выделить из протонов или других частиц и получить в «чистом виде» невозможно, а может быть, даже принципиально невозможно. Придравшись к этому, мы будем считать, так же как считалось до появления кварковых моделей, что положительный заряд протона и отрицательный заряд электрона — это самые малые порции электричества, которые можно обнаружить в природе.
Т-29. Атомы разных химических элементов различаются числом протонов в ядре. Простейшая планетарная модель атома, построенная нами, — спичечная коробка, которая вращается вокруг руки, это модель атома водорода. В его ядре — один протон (+), а на орбите — один электрон (-). Встречаются, хотя и сравнительно редко, атомы водорода, где в ядрах вместе с протоном находятся ещё и нейтроны. Это так называемые изотопы водорода — тяжёлый водород дейтерий с одним нейтроном и сверхтяжёлый водород тритий с двумя (Р-6). Но мы пока не будем принимать во внимание нейтроны, поскольку это частицы нейтральные, электрического заряда у них нет и на электрические свойства атомов они не влияют.