Poziomy organizacji materii

Zanim zaczniemy się w cokolwiek zagłębiać, spójrzmy na sprawę przekrojowo – tak, żeby przynajmniej mniej więcej wiedzieć, czego się spodziewać oraz wyjaśnijmy pewne podstawowe pojęcia, które dalej okażą się niezbędne. Poziomy organizacji materii. Brzmi groźnie? Tylko odrobinę. Materia zbudowana jest z cząstek – „klocków”, z których jedne budują drugie, drugie budują trzecie itd. Każde takie przejście to po prostu kolejny poziom organizacji materii. 🙂 Uprzedzam, nie przejmuj się dziwacznymi nazwami, z biegiem czasu osłuchasz się i przestaną Ci one przeszkadzać. 🙂 Przygotowałem schemat, który pozwoli szybko rzucić okiem na to, co omówię dalej. Zerknij poniżej:

Przedstawiony obok schemat jest bardzo poglądowy i uproszczony. Dlaczego? Najważniejsze dla mnie było pokazanie, w jaki sposób (z czego) zbudowane są atomy i cząsteczki, a więc (po)twory już Tobie znane. W nawiasach podano liczbę przedstawicieli danej grupy lub symbol drobiny – tylko w istotnych przypadkach. Brak liczby przedstawicieli oznacza, że jest ona trudna do jednoznacznego określenia lub dla nas nieistotna.

Poszczególne grupy poznamy dokładnie nieco później, na razie skupmy się na zdefiniowaniu podstawowych pojęć:

Cząstki fundamentalne to – według obecnej wiedzy – cząstki niepodzielne (pamiętaj, że jeszcze niedawno wydawało się nam, że protony i neutrony również są niepodzielne – a tu taki psikus). Niepodzielne to znaczy, że nie są zbudowane z niczego innego, są najprostsze – jak pojedyncze klocki (oczywiście, klocek na chama da się rozwalić, ale rzadko kiedy nam się taki przyda; załóżmy, że się nie da). O takich cząstkach fachowo mówi się, że nie mają struktury subtelnej (znaczy to dokładnie to samo, co omówiłem powyżej). Mimo niemałej różnorodności cząstek fundamentalnych (patrz schemat), cała otaczająca nas materia zbudowana jest tylko z jednego rodzaju leptonu (elektronu), dwóch rodzajów kwarków (górnego i dolnego) oraz występujących kilku rodzajów nośników oddziaływań (im poświęcę osobny artykuł).

Cząstki elementarne to trochę zagadkowa grupa. Historycznie pojęcie cząstki elementarnej miało oznaczać, że jest to właśnie cząstka niepodzielna. Po odkryciu protonu, neutronu i elektronu nazwano je wszystkie cząstkami elementarnymi. Co się jednak okazało? Dzięki późniejszym eksperymentom, dziś wiemy na pewno, że proton i neutron zbudowane są z mniejszych „klocków”, zatem nie są elementarne w dosłownym znaczeniu tego słowa, a jednak tak je nazywamy. Dlaczego? Być może po raz pierwszy spotkasz się z czymś, co w głębi serca budzi mój stanowczy sprzeciw – nazwa została, bo przyjęła się „zbyt dobrze” w środowisku naukowym i jej zmiana wprowadzałaby niepotrzebny chaos. Moje pytanie na dziś – chaosem byłaby potrzeba aktualizacji rozpraw naukowych, czy nazwanie białego czarnym tylko dlatego, że dużo osób tak mówi i będzie nam wygodniej? 😀

Jeśli się nie zgadzasz, zacznij mówić przyszłem, włanczać… Zasada byłaby podobna, choć kaliber inny. Co więcej, podział cząstek na fundamentalne i elementarne jest przedmiotem sporu naukowców. Nie traktuj więc tego, co widzisz (mówię o tym podziale! :)), wyjątkowo wiążąco. Choć jak na mój obecny rozum, proponuję Ci – moim zdaniem – najlepsze rozwiązanie.

Do cząstek elementarnych zaliczamy więc wymienione wcześniej cząstki fundamentalne oraz tzw. hadrony – drobiny, które są zbudowane z kwarków. Zaliczamy do nich mezony (im poświęcę osobny artykuł), niewymienione (i niemające dużego znaczenia) pentakwarki oraz bariony.

Bariony są bez wątpienia najważniejszymi hadronami, ponieważ do nich zaliczamy nukleony: proton i neutron – podstawowy budulec otaczającego nas świata (tylko te dwa bariony budują wszystkie znane nam jądra atomowe). Ogólnie rzecz biorąc wszystkie bariony złożone są z trzech kwarków (takich samych lub różnych). Więcej o barionach – w kolejnych artykułach.

Jak widać, protony i neutrony, wraz z elektronami, tworzą już znany nam atom, atomy tworzą cząsteczki. Oczywiście to nie koniec, materia dalej komplikuje nam naukę chemii i organizuje się na wyższych poziomach, ale z naszego punktu widzenia nie jest to na razie ważne. Zainteresowanych odsyłam do zewnętrznych źródeł, ponieważ informacje o cząstkach ograniczymy do tych niezbędnych (lub niemal niezbędnych :)) do poznania struktury otaczającej nas materii. Niewykluczone, że w przyszłości temat zgłębimy znacznie bardziej. 🙂