Atomii se pot atinge între ei?

De la metale aproape indestructibile, precum tungstenul, până la delicații nori de pe cer, atomii alcătuiesc tot ceea ce ne înconjoară. Dar atomii se pot atinge între ei? Ca în cazul multor subiecte din fizica atomică, răspunsul este mai complicat decât ne-am aștepta.

Înainte de a răspunde la întrebarea dacă atomii se pot atinge între ei, este important să definim ce înțelegem prin „atingere”, spune Christopher Baird, profesor asociat de fizică la Universitatea West Texas A&M.

• Ce este masca lui Xiuhtecuhtli?
• Ce este „paradoxul coastei”?

„La scara umană, ceea ce înțelegem de obicei prin faptul că două obiecte se ating este că suprafața exterioară bine definită a unui obiect se află în aceeași locație cu suprafața exterioară bine definită a celuilalt obiect. Însă acest tip de atingere nu are sens la scara atomică, deoarece atomii nu au suprafețe exterioare bine definite”, a explicat Baird pentru Live Science.

Un atom nu este un obiect solid și nici cea mai mică unitate cunoscută de oamenii de știință. În schimb, un atom este compus din numeroase particule care interacționează conform unor reguli. În esență, un atom este format dintr-un nucleu înconjurat de un nor de electroni.

Privind mai atent, nucleul unui atom este alcătuit din protoni și neutroni, care la rândul lor sunt formați din particule numite quarcuri și gluoni. Atomii diferitelor elemente au un număr diferit de protoni, neutroni și electroni. De exemplu, un atom de hidrogen are un proton, un electron și niciun neutron, iar un atom de uraniu are 92 de protoni, 92 de electroni și până la 146 de neutroni (numărul de neutroni variază în funcție de izotop).

Atomii se pot atinge între ei? Ce ar însemna acest lucru?

Norul de electroni al unui atom face dificilă stabilirea unei limite exacte pentru „atingere”, spune Baird. Este mai util să definim atingerea drept punctul în care apare un efect fizic sau chimic, cum ar fi formarea legăturilor chimice. Acest lucru se întâmplă atunci când norii de electroni ai atomilor se suprapun semnificativ.

„Atomii se ating atunci când orbitalii electronici ai unui atom se suprapun suficient de mult cu cei ai altui atom, astfel încât să apară efecte fizice sau chimice. Aceasta este probabil una dintre cele mai bune definiții pentru atingere la scară atomică”, explică Baird.

Această „atingere” poate fi rezultatul a diferite forțe, incluzând electromagnetismul, gravitația și mecanica cuantică. În cazul lichidelor și al solidelor, atingerea are loc prin formarea legăturilor chimice, în timp ce gazele se ating prin coliziuni.

Coliziuni atomice la viteze mari

O altă formă de atingere are loc atunci când particulele se ciocnesc la viteze mari, cum se întâmplă într-un accelerator de particule precum Large Hadron Collider, de la CERN (Elveția), spune Zhiquan Sun, doctorandă la Centrul de Fizică Teoretică al MIT (SUA).

„Când atomii se ciocnesc cu suficientă energie pentru ca norii lor de electroni să se suprapună, nucleele pot suferi coliziuni elastice sau inelastice. Dacă coliziunea este elastică, nucleul își schimbă pur și simplu direcția, își regăsește electronii și rămâne același atom. Dacă coliziunea este inelastică, nucleul se descompune în protoni și neutroni, care pot forma nuclee diferite”, explică Sun.

Astfel de coliziuni au loc la CERN pentru a sparge particulele și a forma altele noi, cum ar fi bosonul Higgs. Coliziuni similare au avut loc probabil în Universul timpuriu.

Atomii se pot atinge între ei, dar nu așa cum ne imaginăm

Deși atomii nu se ating în modul în care o facem noi, „atingerea atomică” este esențială pentru viața așa cum o cunoaștem, afirmă Baird.

„Un scaun sau o piatră nu ar putea să își mențină forma fără ca atomii lor să se atingă prin legături chimice. Toate efectele materiale apar dintr-o formă sau alta de atingere atomică, inclusiv reacțiile chimice, vibrațiile, undele sonore și căldura”, explică el.

Vă recomandăm să citiți și:

A fost dezvoltată prima baterie de diamant din lume, alimentată nuclear, cu o durată de viață de 5.700 de ani

Fizicienii au găsit un mod complet nou de măsurare a timpului

Singurul reactor nuclear natural cunoscut de pe Pământ este vechi de 2 miliarde de ani

Japonia a lansat proiectul de fuziune FAST pentru energie fără limite până în 2030