รูป เจ เจ ทอมสัน (พ.ศ. 2408-2483)

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      ในปี พ.ศ. 2440 เจ เจ ทอมสัน (J.J. Thomson) ระบุว่าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุ และเป็นส่วนประกอบของอะตอม นี้นำไปสู่แบบจำลองอะตอมแบบแรกที่มีอยู่โครงสร้างภายใน เราจะกล่าวรายละเอียดนี้ในภายหลัง

      ในปี พ.ศ. 2454 ก็มีการค้นพบนิวเคลียส แบบจำลองอะตอมจึงถูกพัฒนาขึ้นมาใหม่ ในแต่ละอะตอม ที่ถูกสร้างขึ้น โดยจะมีอิเล็กตรอนหมุนวนรอบนิวเคลียส

รูปจำลองของอะตอม

วิดีโอแสดงโครงสร้างของอะตอม

อย่างไรก็ตาม ก็มีคำถามใหม่ขึ้นมาแทน นั่นคือ นิวเคลียสมีโครงสร้างหรือไม่?, นิวเคลียสเป็นอนุภาคเดี่ยว หรืออนุภาคแบบเป็นกลุ่ม? โดยตอนต้น พ.ศ. 2473 วิวัฒนาแบบจำลองอธิบายนิวเคลียสมีองค์ประกอบอยู่สองพื้นฐาน นั่นก็คือ โปรตอน (Protons) และนิวตรอน (Neutrons)

โปรตอนเป็นประจุไฟฟ้าบวก และมีองค์ประกอบทางเคมีเฉพาะ มีการระบุจำนวนของโปรตอนในนิวเคลียสของมัน จำนวนนี้เรียกว่า เลขอะตอม (Atomic number) ของธาตุ ยกตัวอย่างเช่น ในนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจนมีโปรตอนอยู่หนึ่งตัว (ดังนั้นเลขอะตอมของไฮโดรเจนเท่ากับ 1) ในนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมบรรจุโปรตอนสองตัว (มีเลขอะตอมเท่ากับ 2) และในนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียมบรรจุโปรตอน 92 ตัว (มีเลขอะตอมเท่ากับ 92)

ตารางธาตุ

      นอกจากเลขอะตอมแล้ว ยังมีอีกหนึ่งตัวเลขนั่นก็คือ เลขมวล (Mass number) หมายถึงจำนวนของโปรตอนบวกกับนิวตรอนในนิวเคลียส

เลขมวล = โปรตอน + นิวตรอน

ลักษณะของอะตอม ตัวเลขอะตอมของธาตุเฉพาะจะไม่แตกต่างกัน (นั่นคือ จำนวนของโปรตอนไม่ต่างกัน) แต่เลขมวลสามารถแตกต่างกันได้ กล่าวคือ อาจมีจำนวนนิวตรอนที่แตกต่างกันไป

                ถึงอย่างไรก็ตามกลับมีคำถามหนึ่งเกิดขึ้นก็คือ กระบวนการของการสิ้นสุดอยู่ที่ไหน? คำตอบ ณ ตอนนี้ก็คือ นอกจากจะมีโปรตอน, นิวตรอนแล้ว ยังมีอนุภาคที่แปลกใหม่อื่น ๆ เป็นที่รู้จักกันตอนนี้ที่เรียกว่า อนุภาค ควาร์ก (Quarks: อนุภาคมูลฐานสามชนิดซึ่งเป็นพื้นฐานของมวลทั้งหมดในจักรวาล ควาร์กเมื่อรวมตัวกันเป็นอีกอนุภาคหนึ่งจะเรียกว่าฮาดรอน (Hardrons) ฮาดรอนที่เสถียรที่สุดสองลำดับแรกคือ โปรตอนและนิวตรอน ซึ่งทั้งคู่เป็นส่วนประกอบสำคัญของอะตอม) ซึ่งประกอบไปด้วย หกสายพันธุ์ที่มีความแตกต่างกันของอนุภาค เรียกว่ารายชื่อทั้ง 6 ฟลาเวอร์ (Flavour) นั่นได้แก่

รูปส่วนประกอบของควาร์ก

• ขึ้น หรืออัพ (up)
• ลง หรือดาวน์ (down)
• แปลก หรือสแตรนจ์ (Strange)
• เสน่ห์ หรือชาร์ม (Charmed)
• ล่าง หรือบอททอม (bottom)
• บน หรือท็อป (top)

      ควาร์กอัพ, ชาร์ม และท็อปจะมีประจุไฟฟ้า +2/3 ของโปรตอน ในขณะที่ควาร์กดาวน์, สแตรนจ์ และบอททอมมีประจุไฟฟ้า - 1/3 ของโปรตอน

รูปประจุไฟฟ้าทั้ง 6 ฟลาเวอร์

ในโปรตอนมีส่วนประกอบของควาร์กอัพ และควาร์กดาวน์ ซึ่งแสดงในรูปด้านล่าง

รูปส่วนประกอบของโปรตอน และนิวตรอน

ที่มีชื่อบอก u และ d โครงสร้างโปรตอนนี้อาจคาดการณ์ประจุได้อย่างถูกต้อง ในทำนองเดียวกัน นิวตรอนมีส่วนประกอบของสองควาร์กล่าง และหนึ่งควาร์กบน ให้ประจุสุทธิเท่ากับศูนย์

      ในการพัฒนากระบวนการสร้างแบบจำลองที่เกี่ยวกับการเรียนรู้ทางด้านฟิสิกส์ จะมีความท้าทายกับปัญหาที่พบทางด้านคณิตศาสตร์มากมายที่รอเพื่อแก้ปัญหา หนึ่งในเทคนิคที่สำคัญในการแก้ปัญหาก็คือ การสร้างแบบจำลองสำหรับปัญหา ระบุระบบของส่วนประกอบทางกายภาพสำหรับปัญหา และทำให้คาดการณ์ของพฤติกรรมของระบบ ขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบของมัน หรือปฏิสัมพันธ์ระหว่างระบบ กับสภาพแวดล้อมโดยรอบ