Основи Всесвіту: вчені-фізики пояснили, чи взаємодіють атоми між собою.

Відповідь на питання про те, чи коли-небудь атоми взаємодіють один з одним, може бути більш комплексною, ніж це може здаватися на перший погляд.

Усе, що ми спостерігаємо в нашому Всесвіті, утворене з атомів — основних елементів матерії. Все, що нас оточує, включаючи людей, складається з цих мікроскопічних частинок. Але чи відбувається коли-небудь прямий контакт між атомами? Як і в багатьох питаннях атомної фізики, відповідь на це запитання виявляється набагато більш заплутаною, ніж можна було б припустити, повідомляє Live Science.

У Фокус. Технології запустили власний Telegram-канал. Приєднуйтесь, щоб бути в курсі найостанніших та найцікавіших новин із царини науки!

Спочатку необхідно роз’яснити, що фізики мають на увазі під поняттям зіткнення атомів. Згідно з думкою фізика Крістофера Берда з Техаського університету A&M, США, термін "дотик" зазвичай означає, що чітко окреслена зовнішня поверхня одного об'єкта знаходиться в одній точці з такою ж поверхнею іншого об'єкта. Однак на атомному рівні така концепція не є доцільною, адже атоми не мають чітко визначених зовнішніх меж.

Атом не можна вважати ані твердим тілом, ані найменшою частинкою. Насправді, він є складною системою, що складається з частинок, які взаємодіють одна з одною. Атом має своє ядро, яке оточене хмарою електронів, що обертаються навколо нього. Ядро атома містить елементарні частинки, такі як протони та нейтрони, які, в свою чергу, складаються з ще менших елементів — кварків і глюонів.

Атоми різних хімічних елементів мають варіативну кількість протонів, нейтронів і електронів. Наприклад, атом водню не містить нейтронів, однак у ньому є один протон і один електрон. У випадку з атомом урану, він складається з 92 протонів і 92 електронів. Кількість нейтронів у урані може досягати максимуму 146 і варіюється в залежності від ізотопу конкретного елемента.

За словами Берда, електронна хмара в атомі ускладнює чітке визначення межі, де відбувається взаємодія атомів. Тому зіткнення атомів можна розглядати як момент, що ініціює фізичний або хімічний процес, наприклад, формування хімічних зв'язків. Цей момент настає, коли електронні хмари різних атомів сильно перетинаються. Більш детально, для виникнення фізичних чи хімічних ефектів необхідно, щоб орбіталі електронів одного атома перетиналися з орбіталями електронів іншого атома.

Схоже "зіткнення" атомів відбувається внаслідок впливу різних сил, зокрема електромагнетизму, гравітації та квантової механіки.

Фізик Чжицюань Сан з Массачусетського технологічного інституту, розташованого в США, зазначає, що існує альтернативна форма взаємодії атомів. Цей процес відбувається, коли елементарні частинки зустрічаються одна з одною на надзвичайно високих швидкостях, як це має місце у прискорювачах частинок, зокрема у Великому адронному колайдері.

Сан пояснює, що, коли атоми стикаються один з одним з досить високою енергією, так що їхні хмари з електронів перетинаються, ядра атомів піддаються пружним або непружним зіткненням.

У процесі пружного зіткнення атомне ядро лише змінює свій вектор руху, повертаючись до своїх електронів і відновлюючи первісний стан. На відміну від цього, при непружному зіткненні ядро розпадається на протони та нейтрони, які можуть згодом об'єднуватися у нові ядра.

За словами Берда, навіть якщо атоми не взаємодіють між собою так, як ми звикли уявляти це на прикладі об'єктів, які нас оточують, зіткнення атомів все ж є фундаментом матерійного світу.

Якби атоми тих чи інших звичних нам предметів не стикалися за допомогою хімічних зв'язків, то ці предмети не змогли б утримувати свою форму. Усі матеріальні ефекти виникають через будь-яку форму зіткнення атомів, включно з хімічними реакціями, вібраціями, звуковими хвилями, теплом тощо, каже Берд.

Як зазначав Фокус, на планеті, що має певні подібності з Землею, було виявлено щось абсолютно нове. Раніше вважалося, що одна з планет у системі TRAPPIST-1 не здатна мати атмосферу, проте свіжі дослідження спростовують цю гіпотезу.

Фокус також повідомляв, що вчені-фізики оголосили про важливе відкриття: їм вдалося підтвердити існування давно передбачуваної унікальної форми матерії. Квантова спінова рідина є одним із магнітних станів речовини.