Atom

 Kredit : profesor kimi-A!  teman masa di UMT dulu

Prof Dr. Ku Halim Ku Bulat

Mohon halal ilmu ya Prof 

KITA DAN BAYANG-BAYANG:

Kadang-kadang ayahku tertarik untuk mengenali diri sendiri – siapakah kita sebenarnya?

Manusia adalah terdiri dari bahan kimia: 99% dari jisim badan kita terbina dari 6 unsur utama iaitu oksigen, karbon, hydrogen, nitrogen, kalsium dan posforus… dan terdapat 0.85% lagi adalah dari 5 unsur yg dinamakan kalium/potassium, sulfur, natrium/sodium, klorin dan magnesium. Yg selebihnya adalah unsur surih (trace elements).

Jika dari segi molekul pulok, 65% dari berat kita adalah air..campur 20% protein, 12% lemak/lipid, RNA 1.0%, dan DNA 0.1%. Lain-lain adalah bahan tak organic lain 1.5% dan bahan organic lain sekitar 0.4%.

Jadi, jika kita ke klinik dan adik nurse kata..”uuhh beratnya awak sampai 100 kg ni..pasti banyak lemak nih!”..just jawab balik kat nurse..”Takde le banyak lemaknya nurse..12 kilo jer”..He he..atau “Banyak air jer nih nurse - 65 kg air..isi sikek jer!”..He he..gitu la ceritanya.

Saperti yg kita sedia maklum, molekul adalah sekumpulan atom yg diikat bersama yg merupakan unit asas terkecil sebatian kimia yg boleh terlibat dalam sesuatu tindakbalas kimia. 

Manakala atom pula terdiri dari awan electron berbaur (diffuse) mengelilingi satu nukleas kecil dan padat yg terdiri dari proton dan neutron. Proton dan neutron ini pula dibina dari unit yg lebih kecil dipanggil kuark (quarks) “atas/up” dan kuark “bawah/down”.

Jika dulu atom ditakrifkan sebagai unit asas terkecil, kemudiannya kefahaman kita semakin meluas dan menemui proton, neutron dan electron..dan sekarang kita tahu bahawa atom itu sebenarnya terdiri dari unit yg lebih kecil yang dipanggil “kuark”, “lepton” dan “boson”…bersama gabungan dengan antipartikelnya pulok..aduyai!

Misalnya Proton terdiri dari gabungan 3 unit kuark iaitu “uud” di mana “u” adalah untuk “up” dan “d” pula utk “down”. Maknanya proton dibentuk oleh 2 unit up dan 1 unit down. Setiap satu unit kuark up membawa +2/3 unit cas, makala setiap satu unit kuark down pula membawa -1/3 unit cas.

Cuba kita jumlahkan casnya utk “uud” ini..cuba: 2 x (+2/3) + 1 x (-1/3) = 4/3 – 1/3 = 3/3 = 1 (YES!)..itulah cas bagi proton kan iaitu +1. Hebat anda semua! Tahniah.

Camner bagi neutron pula ayahku? Oopppsss…

Ok..neutron pula dibentuk oleh 3 unit kuark juga tetapi dgn kombinasi yg berbeza iaitu “udd”. Maksudnya neutron dibentuk oleh 1 unit kuark up dan 2 unit kuark down. Cuba jumlahkan casnya..dapat tak bersamaan SIFAR?

Emm..jumlah: “udd” = 1 x 2/3 + 2 x (-1/3) = 2/3 – 2/3 = 0. Yeh yeh..betoi kan! Jadi sebab tu cas bagi neutron adalah sifar (=0).

Soalan: Jadi sebenarnya apa itu atom ayahku?

Emmm..atom ni sebenarnya sangat kompleks binaannya. Atom dibina dari fermion, boson dan daya-daya berkaitan. Proton dan neutron dibina oleh beberapa unit kuark dan ikatan antara partikelnya adalah oleh Daya Nukleus Kuat (Strong Nuclear Force). Pembawa daya SNF ini dinamakan “gluon” iaitu sejenis boson. Ringkasnya, kuark dan gluon lah yg membentuk proton dan neutron.

Soalan: Apa itu Fermion dan Boson nih?

Partikel asas ni dibahagikan kepada 2 kumpulan iaitu Fermion dan Boson. Fermion diberikan kpd partikel yg mempunyai spin nombor pecahan separuh/half-integral iaitu ½ h-bar atau 3/2 h-bar. Manakala Boson diberikan kpd partikel yg mempunyai spin nombor bulat (integral) iaitu 0 h-bar, 1 h-bar atau 2 h-bar.

Fermion pula terbahagi kpd 2 kelompok iaitu kuark dan lepton. Kuark membentuk proton dan neutron. Manakala contoh lepton pula adalah electron dan neutrino.

Boson pula adalah partikel pembawa daya (Force-Carrier Particles). Terdapat 4 jenis boson: foton, gluon, W boson (W plus & W minus) dan Z boson (Z-zero).

Misalnya lah foton (photon) adalah pembawa Daya Elektromagnet yg bertanggungjawab bagi radiasi electromagnet, medan elektrik dan medan magnet.

Gluon pulok yg menjadi pembawa atau org tengah utk Daya Nukleus Kuat dalam mengikat beberapa kuark utk membentuk proton dan neutron.

Manakala W dan Z boson pulok bertanggungjawab sebagai pembawa Daya Nukleus Lemah (Weak Nuclear Force)…cukup dah tuh..nanti ada yg pengsan pulok.

Jika ada sesiapa yg nak faham lebih boleh baca “The Standard Model of Particle Physics”..ayahku letakkan diagramnya utk senang difahami..hu hu.

Soalan: Apa itu antipartikel ayahku?

Secara teorinya setiap partikel atau setiap bahan/jirim yg ada di dunia ini ada antijirim/antimatter nyer..misalnya antipartikel bagi electron (e-) adalah positron (e+). Kuark pun ada antipartikelnya: misalnya antipartikel bagi kuark “u” adalah “u-bar”..bagi kuark “d” pulok antipartikelnya adalah “d-bar”.

Jadi jika proton terdiri dari “uud”, maka antiproton pula akan terdiri dari “u-bar u-bar d-bar”. Begitulah juga untuk neutron dan neutrino..semua ada antipartikelnya masing-masing.

Satu contoh yg dekat dgn hati kita adalah atom hydrogen..tentu semua org familiarkan. Atom hydrogen ada satu proton (bercas positif) dan satu electron (bercas negative). Jadi hydrogen pun ada juga lah antihydrogen nyer. Maka antihydrogen akan mempunyai antiproton (bercas negative) dan dikelilingi oleh positron (bercas positif)..ha ha..pening tak?

Tapi kita bernasib baik la sebab yg antipartikel ni selalunya tak stabil – maksudnya kita tak jumpa la dia atas jalan atau di supermarket..he he..masa hayatnya terlalu singkat..dalam pecahan saat sahaja. Kita hanya boleh temuinya dalam LHC (Large Hadron Collider) sahaja.

Soalan: Boleh ayahku ceritakan tentang 3 generasi Fermion tuh?

Jika kita tengok Standard Model tu kita akan nampak terdapat 3 generasi atau 3 keluarga bagi Fermion tu – Generasi I, II dan III. Ianya terdiri dari 3 jenis kombinasi kuark dan lepton. MasyaAllah!

Misalnya Generasi I adalah utk partikel yg kita biasa dengar saperti kuark “up”, kuark “down”, electron dan electron-neutrino.

Kuark “up” pun ada lagi pupunya yg dinamakan “charm” dan “top”. Begitu juga kuark “down” ada juga pupunya dinamakan kuark “strange” dan “bottom”. Yg berbeza hanyalah jisimnya..makin ke kanan semakin berat.

Perkara yg sama juga berlaku pada lepton. Pupu bagi electron adalah muon dan tauon. Begitu juga bagi neutrino..juga ada 3 jenis neutrino: electron-neutrino, muon-neutrino dan tauon-neutrino.

Fuhh..dasyat kan atom ni..bukan sesuatu yg mudah utk difahami..itu tak termasuk lagi satu yg menarik iaitu Higgs Field dan Higgs Boson.

Soalan: Jika kita jumlahkan semua kuark dan antikuark yg terlibat kita hanya dapat sekitar tak sampai 10% pun dari berat sebenar proton..so dari mana datangnya jisim sebenar proton atau neutron?

Ini satu soalan yg masih memeningkan kepala saintis la buat masa ini. Satu penyelesaian yg agak logic adalah dari Medan Higgs dan Higgs Boson. Tanpa Medan Higgs ini maka partkel hanya ada 10% shj dari berat sebenar..best kan!

Sebenarnya apa yg ayahku fikir adalah jika ditakdirkan orang Mesir Purba dulu boleh menguasai Medan Higgs ini, tentu pembinaan Piramid Giza yg seberat 6 juta tan batu itu takde masalah bagi mereka kan. Cuba bayangkan jika satu blok batu beratnya 2 tan metrik atau 2,000 kg..jika ditolak 90% berat (sbb ketiadaan Higgs), maka berat satu blok hanyalah 200 kg..ummmpphh..memang seorang berbadan sasar pong boleh angkat dgn penuh sombongnya kan!!! He he…

Ayahku rasa dah panjang tu..nanti ramai pulok pengsan..ni pulok subjek berat nih! Aduyai..hu hu.

Sebenarnya hati kecil ayahku selalu terfikir, jika setiap partikel tu ada antipartikelnya, tentu kita juga boleh terjadi demikian..sbb kita semua adalah dibina dari kuark, lepton, boson dan Higgs. Maksud ayahku la selalunya kita ni baik jer macam Malaikat orang kata..tetapi atas sesuatu sebab kita jadi melenting..rasa nak cekik atau nak amik batu jer hempap atas kepala seseorang yg memfitnah kita atau sesuatu yg menyakitkan hati kita tu…adakah itu kesan dari antipartikel atau antimatter yg membina kita..perasaan dan fikiran kita. Sama-samalah kita fikirkan.

Takpelah..lain kali kita sembang lagi pasal “dark energy” dan “dark matter” pulok..insyaAllah.

Terima kasih.

Siapa yg dapat baca sampai abis, ayahku nak ucapkan syabas! Jika tak dpt abis – abis separuh pun dah boleh ucapkan syabas! He he…

Semoga kita semuanya kekal sihat untuk meneroka ilmu Allah ini. InsyaAllah. Aameen.

Nota:

Semua rajah dari Google.