Cấu tạo của một Nguyên tử

Dựa theo Cổ Nguyên lượng Cơ học (Old Quantum mechanics), một hạt Nguyên tử cũng giống như một Thái Dương Hệ nhỏ bé, ở giữa có một Nhân hay Lõi (Neucleur) và những Phân tử (Particle) nhỏ nhiệm chạy chung quanh cái Nhân y những Hành tinh chạy chung quanh Mặt trời.

Cái nhân gồm có hai Phân tử gắn liền với nhau gọi là Dương Ðiện tử (Protons) và Trung Hoà tử (Neutrons).  Dương Ðiện tử va Trung Hòa tử có thể chia cắt thành những Phân tử nhỏ nhiệm hơn nữa gọi là những hạt Vi phân Tiềm Nguyên tử (Subatomic particles).  Vì cả hai Phân tử này đều nằm trong Nhân của hạt Nguyên tử, người ta gọi chúng là những Phân tử Nhân (Neucleons)

Nguyên tử nhỏ đến nỗi nguời ta đặ 2 triệu rưỡi Nguyên tử sát nhau thì chỉ bằng đường kính của đầu kim.  Nguyên tử rất nhẹ.  Ví dụ đem cân hơn một Sectillion (1+21 số 0) Nguyên tử Uranium, nó chỉ nặng bằng 1/28 gram.  Nói rõ hơn, một hạt Nguyên tử có đường kính bằng 10-8  (1 phần 100 triệu của một centimét, hay 1 Angstrom: A0).

Một hạt Nguyên tử rất lớn nếu so với Nhân của nó.  Trong một hạt Nguyên tử nhỏ bé c cả một khoảng hư không mênh mông vì Nhân của nó chỉ bằng 1/100,000 khoảng hư không đó.  Nhân của nó bé tựa như người ta đặt một hòn bi trong một hình cầu rộng lớn.  Cái khoảng trống mênh mông đó, đức Phật gọi là Không đại.

Một hạt Nguyên tử được chia thành ba thành phần chính:  Dương điện tử, Trung hòa tử và Âm  điện tử.

Dương điện tử (Proton).  Là một hạt Vi phân Tiềm Nguyên tử bền vững, nạp Dương điện (+), thuộc dòng họ Baryon, có Trọng khối bằng 1,836 lần Trọng khối của một Âm điện tử.

Ðiện lượng không tùy thuộc lớn nhỏ hay nặng nhẹ, mà điều quan hệ là nó nạp Dương điện. Ðiện lượng của Dương điện tử và Âm điện tử không khác, chỉ khác nhau ở dấu hiệu.  Rất khó tách rời Dương điện tử ra khối hạt Nguyên tử vì nó nằm sâu trong Lõi của hạt Nguyên tử mà người ta gọi là Proton Nhân.

Trung hoà tử (Neutron).  Là hạt Vi phân Tiềm Nguyên tử, trung tính điện, thuộc dòng họ Baryon, có Trọng khối bằng 1,839 Trọng khối của một Âm điện tử.  Rất bền vững, và có đời sống kéo dài khoảng 16.6 phút.  Trung hòa tử và Dương điện tử phối hợp với nhau tạo thành Lõi của hạt Nguyên tử.

Dựa trên Tân Nguyên lượng Cơ học (new Quantum mechanics) và Nguyên lượng Sắc động học (Quantum Chromodynamics - QCD), gần một thế kỷ đã qua, các vật lý gia đã khám phá ra rằng Nguyên tử lâu nay được coi là đơn vị nhỏ nhất của một Vật thể lại được cấu tạo bằng những Hạt Vi Phân Tiềm Nguyên tử nhỏ nhiệm hơn mà Vật lý gia Murray Gell-Mann đặt tên là Quark (Hạt ảo, Cực vi).

Âm điện tử (ELectron).  Là một Vi phân Tiềm Nguyên tử cùng dòng họ với Lepton, có Trọng khối bằng 9,1066 x 10-28gram và một Ðiện lượng vào khoảng 1,062 x 10-8 Coulombs.  Trong một hạt Nguyên tử có nhiều Âm điện tử.  Người ta có thể rời nó bằng cách va chạm nó với những hạt Nguyên tử với nhau.  Ðiện tử này tích Âm điện (-), và chỗ nào cũng có nó.  Nó có đời sống riêng, và rất dễ dàng tách rời khỏi một hạt Nguyên tử.  Nhưng chung quanh Nguyên tử tuồng như có hàng rào từ lực ngăn cản Âm điện tử thoát ra ngoài.

Âm điện tử rất nhẹ và chỉ nặng bằng 1/1800 Trọng lượng của Dương điện tử và Trung hòa tử.  Dương điện tử và Âm điện tử có cùng số Tích điện, hay Nạp điện.  Bởi vì một hạt Nguyên tử thường có cùng một số lượng Dương điện tử hay Âm điện tử.  Việc quân bình này cho rằng Nguyên tử, chất căn bản cấu tạo Vật chất, thường Trung tính điện.  Nguyên tử được nhận diện khác nhau ở số lượng, chất Ðồng vị (Isotope), và Nguyên tử trọng (Atomic wight).  Tất cả những hạt Nguyên tử đều được những Phân tử cùng loại tạo nên.  Ví dụ Dưỡng khí co 8 Âm điện tử, 8 Dương điện tử và 8 Trung hòa tử.  Nhôm (Aluminium) có 13 Âm điện tử, 13 Dương điện tử và 14 Trung hoà tử.  Sự khác nhau đó được biểu thị bằng số Nguyên tử trọng.

Nguyên tử trọng (Atomic weight) (1).  Nguyên tử trọng của một nguyên tố (Element) là Trọng lượng trung bình của những Nguyên tố của hạt Nguyên tử.  Nguyên tử là trọng lượng của hạt nhân được cấu tạo bằng Dương điện tử và Trung hoà tử.  Mỗi Dương điện tử đều nặng như nhau không kể đến số lượng Nguyên tố của nó.  Trung hòa tử cũng vậy.  vì vậy, Nguyên lượng tử trọng có thể được biểu thị bằng cách cộng chung số lương Dương điện tử và Trung hoà tử.  Ví dụ một Nguyên tử Sắt nặng gấp 4.63 lần Nguyên tử Than 12, và Nguyên tử trọng của nó bằng 4.63 x 12 = 55.85 đơn vị.

Chất Ðồng vị (Isotope) (1).  Mỗi hạt nhân của một Nguyên tố đều có cùng một số Dương điện tử và Âm điện tử.  Những hạt nhân của một số Nguyên tố không phải luôn luôn có cùng một số lượng Trung hòa tử.  Những hạt nhân có số lượng Âm điện tử khác đó gọi là Chất Ðồng vị. Phần lớn các Nguyên tố đều là sự hỗn hợp của hai hay ba chất dồng vị.  Ví dụ một cái bình bằng sắt được cấu tạo do sự hỗn hợp của bốn chất Ðồng vị của Nguyên tố Sắt.  Những chất Ðồng vị của Nguyên tố Sắt.  Những chất đồng vị xuất hiện trong Thiên nhiên, nhưng các khoa học gia cũng đã tạo nên khoảng  1,000 chất Ðồng vị trong phòng thí nghiệm.

Trở lại Nguyên tử, cách 25 thế kỷ, người Hy Lạp quan niệm rằng Nguyên tử không thể chia cắt thành những đơn vị nhỏ hơn nữ, và Nguyên tử là danh của họ để chỉ những vật gì không thể chia cắt thành những pahn nhỏ bé hơn.

Các khoa học gia đã dùng những phương tiện phá vỡ Hạt nhân (Atom smasher) như máy Gia tốc (Accelerator) va máy Siêu dẫn và Siêu Va Chạm (Super Conductor Super Collider) để tìm kiếm những Phân tử (Particles) vi tế hơn.

Trước khi Gell-Mann khám phá ra Quark, các khoa học gia đã biết rằng trong Nhân của một hạt Nguyên tử có những Phân tử vi tế hơn nữa gọi là những hạt Vi phân Tiềm Nguyên tử.  Nhưng vì chưa khám phá thêm được gì hơn nữa, người ta tạm cho rằng Nguyên tử là những đơn vị căn bản cấu tạo Vật chất.

Khác với Dương điện tử, Trung hoà tử và Âm điện tử; những hạt Vi phân Tiềm Nguyên tử chi xuất hiện trong khoảnh khắc.  Người ta khám phá ra chúng trong việc Phá vỡ Nguyên tử, hay Oanh tạc Hạt nhân trong những phòng thí nghiệm, hay những lò Nguyên tử.  Những Phân tử này cũng được tìm thấy trong Tia Vũ trụ (Cosmic ray)

Quark và dòng họ:  Lepton, Hadron và Gluon.

"Quark là một loại hạt không thể khám phá ra được hình tướng của nó mà đời sống hiện hữu của nó chỉ được nhận ra trong những phương trình toán học hay hiệu lực của nó trong các phép tính về Năng lượng.  Hiện nay khoa học đã khám phá ra thêm 200 hạt mà đại đa số đều là Hạt ảo (Quark).  Mạng lưới thế giới vô hình ngày càng mở rộng..."

Lepton. Âm điện tử thuộc một dòng họ khác với những hạt Vi phân tiềm Nguyên tử gọi là Lepton.  Theo từ ngữ Hy Lạp, Lepton có nghĩa là hạt nhỏ nhiệm.  Dòng họ Lepton gồm có 6 phân tử được chia thành ba cặp:  Electron Neutrino, Muon Neutrino và Tauon Neutrino.  Lepton là hạt nhẹ, có Nửa Ðộ Quay Tự Nội (Half-Intergrated Spins) và có Trọng khối nhẹ hơn Trọng khối của Neutrino.  (Một Neutrino có Trọng khối bằng 1/1000 tỉ của một Proton.  Cũng có một số Vật lý gia cho rằng Neutrino không có Trọng khối.  Thí nghiệm cho thấy cứ mỗi Lepton lại có một Ðối Phân tử.  Những Ðối Phân tử có cùng trọng khối với Phân tử, nhưng có tích diện ngược lại.  Ví dụ Ðối Phân tử của Âm điện tử không Tích điện (-) là một Tích dương điện (+) có tên là Positron.

Xin quý vị lưu ý rằng có Dương điện tử lại có Âm điện tử, và có Phân tử lại có Ðối Phân tử để giữ quân bình hoạt động của tất cả vũ trụ.  Nếu tất cả người và vật đều chỉ có Dương điện tử (+) hết thì người nào hay vật nào có điện lượng mạnh hơn sẽ đốt cháy người hay vật khác có Ðiện lượng yếu hơn.

Ở đây cũng vậy, có Positron (+) để đối nghịch Âm điện tử (-).Ðó là cái nghĩa Càn (+) Khôn (-), Sinh Diệt, Sắc Không, Hữu Vô, có tạo dựng lại có hủy diệt như đã nói trong Sơ đồ Nguyên tử ở phần Vacuum Polarization (Chân Không Sinh Diệt).

Dưới Lepton có:  Electron, Muon, Tauon, Electron Neutrino, Muon Neutrino và Tauon Neutrino.  Tôi chỉ nói qua về Muon vì bài đã quá dài.

Muon.  Muon có họ hàng với Lepton.  Trọng khối bằng 207 Trọng khối của Neutrino, là một Tích Âm điện, và có đời sống bằng 2.2 x 10-6 (2 phần triệu của một giây đồng hồ).  Trước kia, Muon có tên là "Mu Meson".

Muon, được phát hiện khi các khoa học gia việc Bức xạ (Radiation) của Tia Vũ Trụ (Cosmic ray) để tìm kiếm Tia Gamma (Gamma ray).  Thay vì Tia Gamma, họ bất ngờ phát hiện những đám mưa rào đầy những hạt Vi phân Tiềm Nguyên tử gọi là Muon. Việc phát hiện này khiến khoa học phải xét lại những ước đoán căn bản của họ về Thể chất (Matter) và Năng lượng (Energy).

Hadron.  "Thuộc loại  Tương tác của Lực mạnh (Strong force) đối ứng với các hạt Lepton thuộc loaị Tương tác nhẹ.  Mỗi hạt Hadron được cấu tạo từ 3 đến 27 hạt Quarks hay nhiều hơn... Tất cả hạt Hadron cùng dòng họ đều có cùng một Ðộ Quay Tự Nội (Intergrated Spins).  Trong một Hadron, mỗi Phân tử vừa là thành phần vừa là toàn thể. Các Hadon cùng dòng họ có thể trao đổi được với nhau..."

Dưới Hadron còn có Meson và Baryon.

Meson.  Hạt trung bình, Tương tác mạnh, có Nửa Ðộ Quay Tự Nội, có Trọng khối, và thường liên kết Lepton với Baryon.  Meson có dòng họ là Pion, Kaon và Eta.

Baryon.  Hạt nặng như Neutron và Proton, có Ða Vạch Hyperdron (Hyperdron Multiplets), thuộc loại Tương tác mạnh, có nửa Ðộ Quay Tự Nội (Half-Intergrated Spins) và nặng hơn Meson.  Họ hàng với Baryon, có hai loại:  Nhân (Neucleon) gồm có Proton và Neutron, và loại Ða Vạch gồm có Lambda, Cascade và Omega.

Gluon. Thuộc loại Tương tác mạnh, không có Trọng khối, thường liên kết các hạt Quarks với nhau. Gluon có họ hàng với Quang tử, Graviton, Gluon mạnh và Gluon yếu.

Có 4 lực trong Thiên nhiên: Ðiện từ lực (Electromagnetic force), Lực Mạnh (Strong force), Hấp lực hay Trọng tường (Gravity) và Lực yếu (Weak force).

Những lực này liên kết những hạt căn bản với nhau để tạo thành Nguyên tử.  Mỗi lực đều có hạt Boson riêng biệt.  Boson là những Phân tử căn bản truyền tải lực giữa  các Phân tử.  Lực mà các hạt Bosons truyền tải đến những Phân tử khác gọi là Ðiện từ lực.  Hạt Boson truyền tải những từ lực được gọi là Quang tử (Photon).

Lực liên kết các Quarks với nhau gọi là Lực mạnh.  Hạt Boson truyền tải lực này gọi là Gluon.

Lực làm mọi vật rơi xuống đất và giữ vững Trái đất quay chung quanh Mặt trời gọi là Hấp lực hay Trọng trường.  Lực liên kết với hạt Boson được gọi là Graviton.

Lực chịu trách nhiệm v phóng xạ tuyến của những Nguyên tử bất ổn và tan rã phóng ra gọi là Lực yếu.  Lực này được truyền tải trong việc trao đổi giữa những Phân tử Y và Z.

Khoa học ngày nay đã khám phá thêm Lực thứ 5 và thứ  6.

Lực thứ năm gọi là Ý thức Tâm linh hay là lực căn bản của vũ trụ.  "Trước kia, người ta cho rằng vũ trụ là một bộ máy đồng hồ khổng lồ.  Nhưng Eddington lại cho rằng vũ trụ không phải là bộ máy đồng hồ khổng lồ mà là một Tâm tưởng lớn."

Tâm tưởng lớn trong kinh Phật gọi là Diệu Tâm.  Kinh dạy rằng Pháp giới (vũ trụ) là một màn Thiên La Võng vừa của chung và vừa của riêng.  Hành giả, qua nhiều A tăng kỳ kiếp tu hành, từ Ý thức (Thức thứ sáu) vượt qua Mạn na thức (Thức thứ bảy), lọt vào Không hải của Tàng thức (Thức thứ tám hay A lại da thức), và tìm đường đến Diệu tâm mà nhà Thiền gọi làBản lai diện mục, hay Ông chủ.

Sau đây là Bảng ghi Trọng lượng và Trọng khối của dòng họ Lepton: 

    Tên  Trọng lượng (Kg)      Trọng khối (MeV)

Âm điện tử    9.11  x 100.511

Muon       1.88  x 10                 105,700

Tauon       3.18  x 10   1,784,000 +/-3

Electron Neutrino 0*       ?

Muon Neutrino     0*    0.250

Tauon Neutrino    0*        ?

* Trích trong cuốn "The Ultimate Theory of the Universe" của Pram Nguyen.