اتم

اجزا

جهت بررسی اجزاء یک ماده، می‌توان به صورت پی در پی آن را تقسیم کرد. اکثر مواد موجود در طبیعت ترکیب شلوغی از مولکول‌های مختلف است. با تلاش نسبتاً کمی می‌توان این مولکول‌ها را از هم جدا کرد. مولکول‌ها خودشان متشکل از اتم‌ها هستند که توسط پیوندهای شیمیایی به هم پیوند خورده‌اند. با مصرف انرژی بیشتری می‌توان اتم‌ها را از مولکول‌ها جدا کرد. اتم‌ها خود از اجزاء ریزتری بنام هسته و الکترون تشکیل شده که توسط نیروهای الکتریکی به هم پیوند خورده‌اند و شکستن آن‌ها انرژی بسی بیشتری طلب می‌کند. اگر سعی در شکستن این اجرا زیر اتمی با صرف انرژی زیاد بکنیم، کار ما باعث تولید شدن ذرات جدیدی می‌شویم که خیلی از آن‌ها بار الکتریکی دارند.
همان‌طور که اشاره شد اتم از هسته و الکترون تشکیل شده‌است. جرم اصلی اتم در هسته قرار دارد؛ فضای اطراف هسته عموماً فضای خالی می‌باشد. هسته خود از پروتون (که بار مثبت دارد)، و نوترون (که بار خنثی دارد) تشکیل شده. الکترون هم بار منفی دارد. این سه ذره عمری طولانی داشته و در تمامی اتم‌های معمولی که به صورت طبیعی تشکیل می‌شوند یافت می‌شود. بجز این سه ذره، ذرات دیگری نیز در ارتباط با آن‌ها ممکن است موجود باشد؛ می‌توان این ذرات دیگر را با صرف انرژی زیاد نیز تولید کرد ولی عموماً این ذرات زندگی کوتاهی داشته و از بین می‌روند.
اتم‌ها مستقل از اینکه چند الکترون داشته باشند (۳ تا ۹۰ تا)، همه تقریباً یک اندازه دارند. به صورت تقریبی اگر ۵۰ میلیون اتم را کنار هم روی یک خط بگذاریم، اندازه آن یک سانتیمتر می‌شود. به دلیل اندازه کوچک اتم‌ها، آن‌ها را با واحدی به نام آنگستروم که برابر ۱۰- ۱۰ متر است می‌سنجند.

ذرات زیراتمی

با وجود اینکه منظور از اتم ذره‌ای تجزیه ناپذیر بود، امروز می‌دانیم که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده‌است. الکترونها، پروتونها و نوترونها ذرات تشکیل دهندهٔ اتم هستند. البته یون هیدروژن بدون الکترون و نیز بدون نوترون؛ هیدروژن -۱ است.
در مدل استاندارد، الکترون‌ها ذرات بنیادی، هسته یعنی بدون ساختار داخلی، پنداشته می‌شوند؛ در حالی که پروتون‌ها و نوترون از ذرات دیگری به نام کوارک تشکیل شده‌اند.

هسته

هسته دارای نوترون و پروتون است. پروتون دارای بار مثبت (+) و نوترون بدون بار است؛ و در خارج از هسته الکترون وجود دارد که بار آن منفی(-)است.

ابر الکترونی

این مدل پیشنهاد شده توسط اروین شرودینگر و ایده چندین دانشمند و محقق در سال ۱۹۳۵ می‌باشد.
در این مدل مانند مدل بور (منظومه شمسی) هسته عمده جرم اتم را تشکیل می‌دهد و در مرکز، الکترون با انرژی مختلف به دور هسته در گردش می‌باشد و الکترون‌ها در لایه‌ای با انرژی معینی وجود ندارند.

مدل اتمی جیمز چادویک

قطعاً مدل اتمی بور با اشکال قابل توجهی روبرو بود و آن هم نبود نوترون یا ماده‌ای بود که دافعهٔ بین پروتون‌ها در مرکز هسته را از بین ببرد. از اینرو چادویک با تأکید بر درستی مدل منظومه شمسی نیلز بور، با توضیح وجود نوترون در هستهٔ اتم، ایراد آن را برطرف کرد. از آن به بعد اصلاحات دیگری بر روی توضیح هستهٔ اتم انجام نشده‌است. البته دانشمندان بزرگی همچون اروین شرودینگر، پس از او نظریات اتمی بسیاری ارائه کرده‌اند، ولی هنوز هم (در رابطه با هسته اتم)، کاملترین نظریه متعلق به جیمز چادویک است.

مدل اتمی لایه‌ای

یک مدل اتمی است که امروزه پذیرفته شده‌است ولی هنوز از مدل اتمی بور برای نمایش اتم استفاده می‌شود. در این مدل مانند مدل بور هسته که عمدهٔ جرم اتم را تشکیل داده در مرکز اتم قرار دارد و الکترون‌ها با انرژی‌های مختلف به دور هسته در حال گردش هستند. با این تفاوت که در این مدل الکترون‌ها به شکل ابری که ابر الکترونی نامیده شده‌است در اطراف هسته اتم و در فضای بسیار بزرگی که قطر آن ۱۰۰۰۰ برابر قطر هستهٔ اتم است در حرکتند.

شنیده شدن صدای اتم

محققان دانشگاه صنعتی چالمرز سوئد برای نخستین بار از صوت برای برقراری ارتباط با یک اتم مصنوعی استفاده کردند. تعامل بین اتم و نور پدیده‌ای شناخته شده‌است و به‌طور وسیعی در دانش کوانتومی به کار می‌رود، با این حال دستیابی به همان میزان تعامل با استفاده از امواج صوتی فرایندی چالش برانگیزتر است.
هم‌اکنون، محققان دانشگاه چالمرز موفق به جفت کردن امواج صوتی با یک اتم مصنوعی شده‌اند و این موفقیت با همکاری فیزیک‌دانان نظری و تجربی حاصل شده‌است.
«پر دلسینگ»، رهبر تیم تحقیقاتی تجربی، در اینباره گفت: با صحبت کردن و گوش دادن به اتم‌ها دریچه جدیدی را به جهان کوانتومی گشوده‌ایم. هدف بلندمدت ما مهارکردن فیزیک کوانتومی‌است به طوری که بتوانیم از قوانین آن نهایت استفاده را بکنیم به‌طور مثال، در ساخت رایانه‌های بی‌نهایت پرسرعت به‌کار ببریم. ما این کار را با خلق مدارهای الکتریکی انجام می‌دهیم که از قوانین کوانتومی تبعیت می‌کند.
وی ادامه داد: یک اتم مصنوعی مثالی از چنین مدار الکتریکی کوانتومی است و درست مانند یک اتم طبیعی می‌توان آن را با انرژی شارژ کرد. این انرژی معمولاً در شکل یک ذره ساطع می‌شود که این ذره، معمولاً یک ذره نور است.
با این حال، اتم موجود در آزمایش دانشمندان دانشگاه چالمرز برای ساطع‌کردن و جذب‌کردن انرژی در شکل صوت طراحی شده بود.
جزئیات این موفقیت علمی در مجلهٔ ساینس منتشر شد.

ادعای دیده شدن اتم

به نوشتهٔ مجلهٔ ساینتیفیک امریکن (Scientific American) در سال ۲۰۰۹ ایگور میخاییلفسکی و همکارانش در آزمایشگاه فیزیک و فناوری اوکراین توانستند از یک اتم تصویر تهیه کنند. آن‌ها از یک زنجیرهٔ اتم کربن در گرافیت کمک گرفتند و برای این کار از تکنیکی به نام میکروسکوپی تابش میدان بهره گرفتند.