آیا «اتم‌ها» می‌توانند یکدیگر را لمس کنند؟

فرادید| از فلزات تقریباً غیرقابل‌تخریب مانند تنگستن گرفته تا ابرهای ظریف در آسمان، اتم‌ها همه چیز اطراف ما را شکل می‌دهند. اما آیا این اتم‌ها هرگز یکدیگر را لمس می‌کنند؟ مانند بیشتر مباحث فیزیک اتمی، پاسخ این پرسش پیچیده‌تر از آنست که انتظار دارید. 

به گزارش فرادید، کریستوفر بایر، استادیار فیزیک دانشگاه A&M وست تگزاس گفته که پیش از اینکه بتوانیم به این پرسش پاسخ دهیم، مهم این است که تعریف کنیم منظور ما از «لمس» چیست. 

بایر توضیح داده: «در مقیاس انسانی، معمولاً منظور ما از اینکه می‌گوییم دو شیء یکدیگر را لمس می‌کنند اینست که سطح بیرونی معین یک شئ در یک مکان به سطح بیرونی معین شئ دیگری برخورد می‌کند. اما این نوع لمس در مقیاس اتمی واقعاً معنی ندارد، چون اتم‌ها سطوح بیرونی معین ندارند.» 

یک اتم نه یک شیء جامد است، نه کوچکترین واحد شناخته‌شده برای دانشمندان. در عوض، یک اتم از ذرات مختلف ساخته شده که طبق قوانین خاص در تعامل هستند. یک اتم در اصل خود، هسته‌ای است که توسط ابری از الکترون‌ها احاطه شده است. 

اما نگاه دقیق‌تر نشان می‌دهد خود این هسته شامل پروتون‌ها و نوترون‌ها می‌شود که از ذراتی به نام کوارک‌ها و گلون‌ها تشکیل شده‌اند. اتمهای عناصر مختلف، تعداد متفاوتی پروتون، نوترون و الکترون دارند. برای نمونه، یک اتم هیدروژن یک پروتون، یک الکترون و نوترون صفر دارد، در حالی که اورانیوم ۹۲ پروتون، ۹۲ الکترون و حداکثر ۱۴۶ نوترون دارد (تعداد نوترون‌ها در یک عنصر بسته به اینکه در کدام ایزوتوپ باشد، می‌تواند متفاوت باشد).

بایر می‌افزاید که ابر الکترون‌های یک اتم، تعیین مرز دقیق «لمس کردن» را دشوار می‌کند. در عوض، بهتر است آن را نقطه‌ای تعریف کنیم که سبب ایجاد اثر فیزیکی یا شیمیایی می‌شود، مانند تشکیل پیوندهای شیمیایی که زمانی اتفاق می‌افتد که ابرهای الکترونی اتم‌ها به طور قابل‌توجهی همپوشانی داشته باشند. 

«آن‌ها زمانی یکدیگر را لمس می‌کنند که اوربیتال‌های الکترونی یک اتم به قدر کافی با اوربیتال‌های الکترون اتم دیگر همپوشانی داشته باشند که اثرات فیزیکی یا شیمیایی آغاز شوند. این احتمالاً یکی از بهترین تعریف‌های لمس در مقیاس اتمی است.» 

لمس بین اتم‌ها می‌تواند به روش‌های مختلف صورت گیرد، از جمله الکترومغناطیسی، گرانشی و مکانیک کوانتومی 

این «لمس کردن» می‌تواند نتیجه نیروهای مختلف باشد، از جمله الکترومغناطیسی، گرانشی و مکانیک کوانتومی. مایعات و مواد جامد معمولاً از طریق ایجاد پیوندهای شیمیایی لمس می‌شوند و گازها با برخورد بازتابی بهم، یکدیگر را لمس می‌کنند. 

شکل دیگری از لمس کردن می‌تواند هنگام برخورد ذرات با سرعت زیاد اتفاق بیفتد، مثلاً در یک شتاب‌دهنده‌ی ذرات مانند برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای CERN. 

وقتی اتم‌ها با انرژی کافی با یکدیگر برخورد می‌کنند، طوری که ابرهای الکترون آن‌ها با هم همپوشانی پیدا می‌کنند، هسته‌ها ممکن است دچار برخورد کشسان یا غیرکشسان شوند. اگر برخورد کشسان باشد، هسته به سادگی جهت‌ها را تغییر می‌دهد و دوباره الکترون‌های خود را پیدا می‌کند و به همان اتمی که بود تبدیل می‌شود. اگر هسته به شکل غیرکشسان برخورد کند، به پروتون‌ها و نوترون‌ها تقسیم می‌شود و اینها ممکن است هسته‌های مختلفی ایجاد کنند. 

در CERN (سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای)، ذرات با انرژی بسیار بالا برخورد می‌کنند تا ذرات از هم جدا شوند و حتی ذرات جدید و دون‌اتمی مانند بوزون هیگز تشکیل دهند. برخوردهای مشابه احتمالاً در جهان اولیه رخ داده است. 

در پایان، حتی اگر اتم‌ها همدیگر را لمس نکنند، لمس اتمی همان چیزی است که زندگی را آنگونه که می‌شناسیم، شکل می‌دهد. 

اگر اتم‌های یک صندلی یا یک سنگ از راه پیوندهای شیمیایی یکدیگر را لمس نمی‌کردند، صندلی یا سنگ نمی‌توانست شکل بگیرد. تمام اثرات مادی برآمده از شکلی از اتم‌ها هستند که یکدیگر را لمس می‌کنند، از جمله واکنش‌های شیمیایی، ارتعاشات، امواج صوتی، گرما و غیره.

مترجم: زهرا ذوالقدر