Kada bismo imali savršen nož, sa beskonačno tankom oštricom i kada bi njime rezali jednu poveću jabuku, koliko bi je puta trebali prepoloviti da dođemo da jednog jedinog atoma? Odgovor je oko 87 puta. Probajte to s običnim kuhinjskim nožem i možda uspijete 20-25 puta, ali dalje ne ide jer su atomi vrlo maleni. Međutim, što je atom? OK, nakon 87 rezanja došli smo do njega, ali ga nemamo za što uhvatiti. U području smo kvantne fizike, gdje vrijede potpuno različita pravila igre.

Dobrodošli u svijet dualnosti materije i valova, svijet kvanta, svijet neodređenosti i statistike, svijet energetskih stanja, svijet spina i raznih neobičnih zakona očuvanja (naboja, parnosti, barionskog broja, čudnosti...). Čestica, koju danas nazivamo atom (grčki a-tomos - nedjeljiv) ipak nije nedjeljiva. Sastoji se od jezgre koja se sastoji od protona i neutrona koji se sastoje od kvarkova koji se sastoje od... stop... izgleda da su kvarkovi temeljne jedinice materije. Atom ipak nije samo jezgra; oko nje se ludiraju elektroni i to na ogromnoj udaljenosti: kad bi atom bio veličine košarkaške dvorane, elektroni bi se vrtili na udaljenosti zidova, u središtu dvorane, mala vinska mušica bi predstavljala jezgru i imala skoro cjelokupnu masu atoma u sebi.

 

 

Nukleon je u fizici zajednički naziv za čestice koje tvore atomsku jezgru (nukleus), tj. nukleon može biti proton ili neutron.

Kvarkovi su subatomske čestice i jedna od dviju temeljnih građevnih struktura materije u Objekti koji su sastavljeni od kvarkova nazivaju se hadroni, a poznati primjer hadrona su proton i neutron. Nukleoni su sastavljeni od 3 kvarka.

  

  PROTON: POZITIVAN NAPON

  ELEKTRON: NEGATIVAN NAPON

 

 

 

Početkom 20. stoljeća fizičari su željeli istražiti eventualno postojanje unutarnje strukture atoma te ako struktura postoji, kako je raspoređena u atomu. Veliki doprinos u istraživanju te problematike daju α-čestice koje nastaju radioaktivnim zračenjem. Da je materija u kovini ravnomjerno raspoređena, očekivali bismo da će čestice neznatno mijenjati smjer. Ipak, neke od prodirućih čestica su se ponašale suprotno tim očekivanjima, naglo mjenjavši smjer.

Mjerenja su pokazala da je ovo rezultat sudara α-čestica sa manjim objektima unutar atoma. Ovi objekti imaju promjer približno 10-12 cm, što znači da su deset tisuća puta manji od atoma. Unatoč svojim malim dimenzijama, oni sadrže preko 99% mase atoma. Objekt je nazvan atomska jezgra, a okružuju je negativno nabijeni elektroni. Masa jednog elektrona iznosi 0,511 MeV, dok masa jednog nukleona (konstituenta jezgre) približno iznosi 938 MeV. Nukleoni se djele na električki neutralne neutrone i pozitivno nabijene protone. Naboj protona je točno jednak naboju elektrona, samo sa suprotnim predznakom.

Kod razmišljanja o strukturi jezgre javlja se jedna poteškoća. Protoni, koji su pozitivno nabijeni, bi se trebali u jezgri međusobno odbijati. Elektrodinamička sila je jaka pa bi bilo za očekivati da bi jezgra brzo eksplodirala. Budući da su jezgre (manje-više) stabilne, mora postojati sila u jezgri koja je jača od sile koju stvaraju naboji. Danas je poznato da ta sila postoji. Za razliku od elektromagnetne sile, učinke te jezgrene sile ne uočavamo u svakidašnjem životu. Razlog je taj što je jezgrena sila kratkog dometa. Jake sile u jezgri djeluju na udaljenostima manjima od 10-13 cm. Ako je međusobna udaljenost čestica veća od te udaljenosti, učinci jake sile se gube. Ovo se naziva jako međudjelovanje.