Cały nasz wielki świat zbudowany jest z atomów. Atomy składają się z trzech rodzajów cząstek: protonów, neutronów i elektronów. Protony i neutrony upakowane są w jądrze, które zajmuje w atomie pozycję centralną, elektrony zaś krążą wokół niego. Często wyobrażamy sobie atom jak na rysunku obok. Przeciętna jego średnica wynosi jedną lub dwie dziesięciomiliardowe części metra (10^-10m). Taki planetarny model atomu niezbyt wiernie odzwierciedla rzeczywistość i jest wystarczający tylko dla laików. Obecnie zgodnie z mechaniką kwantową przyjmujemy, że elektrony w atomie zachowują się jak falocząstki i nie możemy określić toru po jakim się poruszają, możemy określić jedynie prawdopodobieństwo napotkania elektronu w danym punkcie przestrzeni. Patrząc na ten schematyczny rysunek pamiętajmy, że średnica jądra atomowego jest naprawdę ponad 10 000 razy mniejsza od średnicy orbity elektronu, a rozmiarów przestrzennych elektronu w ogóle nie znamy!
Jądro atomowe to centralna część każdego atomu, w której skoncentrowana jest niemal cała masa atomu. Istnienie masywnych jąder atomowych o objętości stanowiącej tylko niewielką część objętości całego atomu zostało stwierdzone w 1911 roku przez E. Rutherforda i jego współpracowników. Nie znamy kształtu jądra, ale najczęściej przyjmujemy, że jest on kulisty.
Jądro składa się z protonów (ich liczbę Z nazywa się liczbą atomową) i neutronów. Składniki jądra czyli protony i neutrony nazywamy nukleonami (liczba A nukleonów w jądrze zwana jest liczbą masową tego jądra), a jądro o określonym składzie nuklidem. Jądra atomowe o tej samej liczbie protonów a różnej liczbie neutronów nazywamy izotopami (jądra tego samego pierwiastka). Przyjmując, że gęstość jądra jest stała, to promień jądra zależy od pierwiastka trzeciego stopnia z liczby masowej A. Najmniejsze jądro czyli jądro wodoru, składające się z jednego protonu, ma promień wynoszący 1,2*10^-15m
Protony i neutrony jak wszystkie hadrony składają się z kwarków. Kwarki wewnątrz protonu i neutronu oddziałują ze sobą w wyniku oddziaływania silnego wymieniając gluony. Oprócz tego kwarki jednego protonu mogą oddziaływać z kwarkami innego protonu lub neutronu w obrębie atomu, co utrzymuje jądro w całości. Oddziaływanie to nazywamy to szczątkowym oddziaływaniem silnym lub siłami jądrowymi. Siły jądrowe są krótkozasięgowe czyli działają na bardzo małych odległościach równych rozmiarom jądra atomowego.
W przyrodzie występują pierwiastki zawierające w jądrze od jednego protonu (wodór) do 92 (uran) (śladowo w rudzie uranowej występuje jeszcze 93 neptun i 94 pluton). Cięższe pierwiastki otrzymujemy sztucznie. W przyrodzie istnieje tylko około 257 jąder stabilnych czyli nierozpadających się. Najcięższym stabilnym jądrem jest najprawdopodobniej bizmut o liczbie atomowej 83 i masowej 209 i ołów o liczbie atomowej 82 i masowej 208. W przyrodzie występuje też kilkadziesiąt niestabilnych (radioaktywnych) nuklidów. Oprócz tego ponad kilka tysięcy jąder wytworzono sztucznie. Istnieją trzy rodzaje rozpadów: alfa, beta minus i beta plus (na tej stronie jednak ich nie omawiamy).
Liczby Z protonów i N neutronów w jądrze atomowym są do siebie zbliżone w wypadku lekkich i średnio ciężkich, natomiast dla jąder ciężkich N>Z. Wiąże się to z osłabieniem wiązania jąder o zbyt dużej liczbie protonów, spowodowanym siłami odpychania kulombowskiego.

---

Ślady na emulsji fotograficznej pierwszego hiperjądra

Jądro atomowe zawierające co najmniej jeden barion lambda (hiperon lambda) nazywamy hiperjądrem. Ponieważ neutron i hiperon lambda zero są cząstkami elektrycznie obojętnymi, zatem, tak jak w przypadku zwykłego jądra, o liczbie atomowej hiperjądra decyduje liczba jego protonów. Wiązanie hiperonu w jądrze atomowym pozwala mówić o materii hiperjądrowej, albo dziwnej materii jądrowej, ponieważ hiperon lambda składa się oprócz kwarka dolnego "u" i górnego "d" z kwarka dziwnego "s" (uds). Pierwsze hiperjądro odkryli w 1952 roku profesorowie Marian Danysz i Jerzy Pniewski z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego. Najprostszym hiperjądrem jest hiperwodór 3 (hipertryt) składający się z protonu, neutronu i hiperonu lambda zero. Najczęstszym jest jądro składające się z dwóch protonów, z dwóch neutronów i hiperonu lambda zero, Takie jądro nazwano hiperhelem 5. Obecnie znamy ponad dwadzieścia hiperjąder, a najcięższym jest hiperwapń 40. Podobnie jak hiperon lambda, hiperjądra są nietrwałe i rozpadają się (średni ich czas życia wynosi 10^-10 sekundy).
Hiperjądra zawierające dwa hiperony lambda nazywamy hiperjądrami dwulambdowymi albo podwójnymi. Przykładem takich jąder są: podwójny hiperhel 6, podwójny hiperberyl 10 i podwójny hiperbor 13.
Przy opracowaniu tematu najwięcej korzystano z następujących publikacji:
Encyklopedia fizyki współczesnej;
Czesław Bobrowski, Fizyka - krótki kurs;

---

Następna »