「クォーク」という、これ以上は分割できないとされてる素粒子が、何種類か(ぶっちゃけ六種類だけど)ある。
このクォークが三個結びついて、一個の「核子」がつくられる。
核子には二種類、「陽子」と「中性子」がある。
陽子はプラスの電荷を持ってて、中性子はその名の通りに中性だ。
これらの性質は、両者を構成してる三個のクォーク中に、プラス電荷のものが多いか、マイナス電荷のものが多いか、で決まる。
「アップクォーク」は電荷が+2/3で、「ダウンクォーク」は-1/3。

陽子は、アップクォーク二個(+4/3)とダウンクォーク一個(-1/3)の三個からできてるんで、電荷が合計で+1。
中性子は、アップクォーク一個(+2/3)とダウンクォーク二個(-2/3)の三個からできてるんで、電荷はゼロになるってわけ。
この陽子と中性子が、また何個かずつ集まって、原子核を構成する(例えばヘリウム4の原子核は、陽子二個と中性子二個からできてる)。

なんでプラスの電荷(と中性の電荷)のものだけが寄り集まってるのに、磁石のS極同士みたいに反発し合わないかというと、「強い力」という、磁力を超える強いくっつき力(これは、素粒子レベルの短い距離にしか作用しない)が働くから。
この強い力が核子同士を接着剤のようにガチガチに固めてくれるから、原子核は電荷がプラス系のもののみで構成することができる。
その原子核の外側を「電子」が、地球の周囲を月がくるくる回るように寄り添ってて、こいつの電荷はマイナスだ。

どの原子も、電子と原子核内の陽子は同数で、電荷の釣り合いが取れてる(中性子はどっち付かずのひとなので、バラバラの数で存在できる)。

なんでマイナスの電子がプラス状態の原子核(あるいはその中の陽子)に磁石のようにくっついてしまわないのか?というと、電子があまりにも速いスピードで回ってるから。
ハンマー投げと一緒の理屈で、電子は電荷によるクーロン力(磁石がくっついたり反発したりするような力)で原子核に引っぱられつつ、回転のスピードで逃げようとするんで、その求心力と遠心力は相殺されて、電子は原子核から一定の距離を保ったまま(高速回転しつつ)固定される、ってことになる。

いつかにつづく。

東京都練馬区・陶芸教室/森魚工房 in 大泉学園