На малюнку все прекрасно видно: однойменно заряджені частинки відштовхуються, різнойменно заряджені - притягуються.
Протон має за величиною такий же заряд, що і електрон, але він набагато більше електрона. Електрон в порівнянні з протоном все одно, що горобчик в порівнянні з орлом або, скажімо, Земля в порівнянні з Сонцем. Протон майже в дві тисячі разів важче електрона. І оскільки частинки ці мають різний за знаком заряд, вони притягуються. Але це зовсім не означає, що електрон падає на протон і лежить на ньому, блаженно посміхаючись і крекчучи від радості. Ніколи! Електрон починає кружляти навколо протона, як планета навколо зірки.
Може виникнути питання: а що означає фраза «заряд електрона дорівнює по величині заряду протона»? Це означає, що, якщо протон притягне електрон, і той почне навколо протона кружляти, їх заряди уравновесятся, компенсує і вийшла конструкція буде електронейтральної, тобто для зовнішнього спостерігача вона не буде нести ніякого заряду. І ця конструкція, що представляє собою пузатий протончік з кружало навколо нього немічний електрончіком, що не буде електрично взаємодіяти з іншим нейтральним речовиною так сильно, як це робить заряджену речовину.
А, до речі, що це за конструкція така у нас вийшла з двох деталюшек мікросвіту - одного протона і одного кружляють навколо нього електрона? Це водень! Газ такий. Воднем колись надували дирижаблі. Найлегший газ на світлі. Перший номер у таблиці старого Менделєєва. Перший хімічний елемент. Найпростіше речовина!
Зрозуміло, що раз водень варто в таблиці Менделєєва під номером один і є найпростішим по збірці речовиною, то всі інші номери складніше влаштовані. Як зробити наступний елемент в таблиці - газ гелій? І чому ми до цих пір не згадали про третю мікродетальке вселенського конструктора? Їх же три повинно бути! А ми геть буквально мимохідь, майже випадково, буквально для прикладу тяжіння зарядів зібрали цілий водень. І ніяка третя деталька не знадобилася.
Запевняю вас: більше цей номер не пройде! Більше ніякого речовини в таблиці Менделєєва без третьої детальки світового конструктора зібрати не вдасться.
Водень і гелій. Два найпростіших речовини в таблиці Менделєєва. Водень - один протон і один електрон. Гелій - два протони і два нейтрони, що становлять ядро атома, а навколо бовтаються дві електронних «планети».
Третя деталька називається нейтрон. За вагою та розміром він практично такий же, як протон, тільки у нейтрона немає електричного заряду. Тому він так і називається - нейтрон, від слова «нейтральний».
Навіщо він потрібен, нейтрон?
І як з його допомогою збирати елементарні речовини з таблиці хімічних елементів імені дідка Менделєєва?
Зараз все розповім, нічого не приховую ... Значить, беремо пінцетом з коробочки з написом «нейтрони» 2 нейтрона, а з коробочки з написом «протони» 2 протона. І з'єднуємо їх разом, в одну купку. Ця купка з чотирьох часток називається атомним ядром. Тобто ядро атома у нас вже є, залишилося дозбирати «шкаралупу». А «шкаралупа» - це бовтаються навколо ядра електрони. Одягни на ядро атома електронну шубу з обертових електронів - і буде готовий атом!
У атома водню ядро складається з одного-єдиного протона. Навколо нього бовтається по орбіті один-єдиний електрон. Наступне речовина - гелій. Ми його вже майже зібрали, виготовивши пустотливими ручками ядро з двох протонів і двох нейтронів. Тепер запускаємо навколо нього електрони і ... а, до речі, скільки їх треба запустити? Ну, оскільки, в ядрі гелію знаходиться два протона, тобто його позитивний заряд дорівнює двом одинички, то дві одинички таких же негативних зарядів нам і треба закрутити навколо ядра, щоб врівноважити, компенсувати плюсовій заряд мінусовим і зробити електронейтральних в цілому речовина. Практично всі речовини навколо нас електронейтральні, і струмом не б'ються, так що наше завдання ясна.
Принцип побудови ясний - в таблиці Менделєєва номер хімічного елемента відповідає числу протонів в його ядрі. Номер перший - водень. Один протон. Гелій - № 2. Значить, два протона (і на додачу ще два нейтрона). Літій у нас в табличці йде під номером 3. Відповідно, в його ядрі три протона (і як баластний доважок три нейтрона). І так далі.
Виникає питання ... І навіть цілих два! По-перше, навіщо потрібні нейтрони? Чому б не збирати атомні ядра тільки з одних протонів? І друге питання, цікавіше - якщо однаково заряджені частинки відштовхуються, то чому атомне ядро, що складається з позитивно заряджених протонів, не розлітається до чортової матері в різні боки?
Чи не в брову, а в око! Протони повинні розлітатися! Але не розлітаються ... Чому?
Хитра природа для цього передбачила ще один вид взаємодії в мікросвіті. Перший вид взаємодії частинок ми з вами вже пройшли - це електромагнітне взаємодія, коли однойменно заряджені частинки відштовхуються, а різнойменні притягуються. Не забули? Відмінно ... А другий вид взаємодії називається сильним взаємодією. Тому що воно сильніше, ніж відштовхування позитивно заряджених протонів. Плюсові протони хочуть розлетітися з ядра, але щось їм не дає. Це «щось» і є сильна взаємодія. Воно короткодіючі, тобто працює тільки і виключно на коротких відстанях, на відміну від сил електромагнітних, які працюють на будь-яких відстанях, правда, слабшаючи з видаленням. Іноді сильне взаємодія по-іншому називають ядерним взаємодією, тому що саме воно пов'язує частки в ядрі атомів.
Щоб включилося короткодіючі сильна взаємодія, потрібно докласти надзвичайних зусиль, подолати пружину електромагнітного відштовхування і зачепити протони гачками ядерних сил.
Ситуація виходить досить хитра. На великих відстанях протони, як і належить пристойним частинкам, які мають однаковий зарядовий знак, відштовхуються. Причому чим сильніше їх зближуєш, тим сильніше опір цьому неподобству. І треба докласти дуже багато зусиль, величезну енергію, щоб зблизити протони до зіткнення. Але якщо таку енергію прикласти, присходит диво якесь - протони раптом зчіплюються між собою мертвою хваткою.
Ну а як на практиці зблизити протони, якщо у нас немає таких міцненьких мікроскопічних мужичків, як на картинці? Ну, наприклад, можна розігнати частинки в прискорювачі часток у напрямку один до одного до такої величезної швидкості, щоб, зближуючись, вони не встигли загальмувати пружиною електромагнітного відштовхування і врізалися один в одного. Ось тоді короткі гачки ядерних сил зчепивши протони.