Na co rozpadają się pierwiastki?

Pytanie

Pyta Bartek

Na co rozpadają się pierwiastki? Czy mogą rozpaść się na kwarki? Czy może rozpadają się na coś jeszcze, co nie jest mi znane?

Odpowiedź

Odpowiada Wojciech Lulka

Kwarki są cząstkami elementarnymi z których zbudowane są m.in. neutrony i protony, czyli składniki jąder atomowych. Kwarki ze sobą oddziałują silnie, jest to jedno z czterech podstawowych rodzajów oddziaływań (pozostałe to słabe, grawitacja oraz elektromagnetyzm). Oddziaływanie silne jest pod tym względem szczególne, że im dalej są oddalone dwie cząstki oddziałujące silnie, tym mocniej oddziałują. Przez to kwarki nie mogą istnieć samodzielnie, zamiast tego łączą się w pary, które nazywamy mezonami, lub w trójki, które nazywamy barionami. Wszystkie mezony są niestabilne, mezon o najdłuższym czasie życia istnieje tylko 10$^{-8}$ sekundy. Z barionów istnieją tylko dwa, których czas życia jest większy niż ułamki sekundy, czyli neutron i proton*.

Rozpad niestabilnych pierwiastków najczęściej polega na wyrzuceniu z jądra atomowego jakiejś cząstki, mogą być to: elektrony, pozytony, neutrony, protony, lub cząstki alfa (czyli jądra helu), w szczególnych przypadkach jądro atomowe może rozdzielić się na dwa inne o łącznym składzie identycznym do oryginalnego jądra, ale nigdy wyrzuconą cząstką nie jest kwark. Jeżeli atom po rozpadzie wciąż nie jest stabilny, to po pewnym czasie dojdzie do kolejnego rozpadu, co będzie się powtarzać, aż pierwiastek będzie stabilny. W ten sposób powstają szeregi rozpadów promieniotwórczych, na przykład naturalnie występujący uran 238 zmienia się w stabilny ołów 206, przechodząc po drodze 8 rozpadów alfa i 6 tzw. rozpadów eta minus.

Podsumowując, pierwiastki nie rozpadają się na kwarki, ale inne pierwiastki, które już są stabilne, czyli mogące istnieć dowolnie długo.

*Niezwiązane z niczym neutrony, z czasem połżycia ok. 10 minut, rozpadają się na proton i na elektron, ale w jądrze atomowym są stabilne. Trwają również badania próbujące odpowiedzieć na pytanie, czy protony się rozpadają, jednak dotychczas takiego rozpadu nigdy nie zauważono i jeżeli to robi to jego czas półżycia wynosiłby minimum 10$^34$ lat (dla porównania Wszechświat ma trochę ponad 10$^10$ lat).