ไอโซโทปและแมสสเปกโตร
มิเตอร์

ในกรณีที่ธาตุมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันจะเรียกว่า ไอโซโทป (isotope) เช่น ไอโซโทป  มีเพียง 1.1% ในธรรมชาติเท่านั้น  

คำศัพท์ที่มักพบในเรื่องฟิสิกส์นิวเคลียร์ได้แก่

• นิวคลีออน คือ อนุภาคที่อยู่ในนิวเคลียส(โปรตอน นิวตรอน)
• ไอโซโทป คือธาตุที่จำนวนโปรตอนเท่ากัน
• ไอโซโทน คือธาตุที่จำนวนนิวตรอนเท่ากัน
• ไอโซบาร์ คือธาตุที่เลขมวลเท่ากัน สมบติทางเคมีจะเหมือนกันสำหรับไอโซโทปของธาตุเดียวกัน ที่ต่างกันมวลไม่เท่ากัน เนื่องจากจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสไม่เท่ากัน ดังนั้นเราไม่สามารถใช้กระบวนการทางเคมีในการแยกแยะไอโซดทปของธาตุออกจากกันได้ ในทางฟิสิกส์เมื่อเครื่องมือที่เรียกว่า mass spectrometer

เมื่อเราปล่อยไอโซโทปของธาตุเข้าไปในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า ตรงทางออกจะมีช่องเพื่อให้ไอออนเข้าไปในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กการที่ไอออนจะเข้าไปในสนามแม่เหล็กได้ ลำของไอออนจะต้องมีความเร็วเท่ากันค่าหนึ่งเป็นเส้นตรง นั่นคือแรงแม่เหล็กับแรงไฟฟ้าต้องสมดุลกัน

แรงแม่เหล็กที่กระทำต่ออนุภาคสามารถคำนวณได้จาก

โดยทิศของแรงจะสามารถหาได้จากกฎมือขวา แรงแม่เหล็กจะตั้งฉากกับทั้งความเร็วและสนามแม่เหล็ก ในกรณีที่เราต้องคำนวณขนาดของแรงแม่เหล็ก จะคำนวณจาก

• เมื่อ  คือมุมระหว่างเวคเตอร์ความเร็วกับสนามแม่เหล็ก

  

จะได้ว่าอัตราเร็ว  ดังกล่าวจะมีค่าเท่ากับอัตราส่วนขนาดสนามไฟฟ้า  ต่อสนามแม่เหล็ก  และเมื่อเข้าไปสู่บริเวณที่มีแต่สนามแม่เหล็ก  จะเกิดการเคลื่อนที่เป็นวงกลมโดยมีแรงแม่เหล็กเป็นแรงเข้าสู่ศูนย์กลาง ถ้าเรากำหนดให้ สนามแม่เหล็กบริเวณที่ 1 มีขนาด  และสนามแม่เหล็กบริเวณที่ 2 มีขนาด  ไอออนมีประจุ   มีมวล

เราจะสามารถคำนวณรัศมีในการเคลื่อนที่  ได้ว่า

จากสมการ จะเห็นว่าค่าของรัศมีจะขึ้นอยู่กับมวล ดังนั้นอนุภาคที่เคลื่อนที่เข้ามาในเครื่องโดยมีอัตราเร็วเท่ากันแต่มีมวลต่างกัน จะเคลื่อนที่เป็นวงกลมด้วยรัศมีต่างกัน

อนุภาคมูลฐานเบื้องต้น

องค์ประกอบเบื้องต้นของวัตถุ

• lepton ที่รู้จักกันมากที่สุด คือ อิเล็กตรอน ส่วนอีก 5 ชนิด ได้แก่ muon, อนุภาค tau, และนิวตริโน (neutrino) อีก 3 ชนิด คือ electron neutrino, muon neutrino และ tau neutrino
• quark 6 ชนิด มีการตั้งชื่อกันไว้แปลกๆ คือ up, down, charm, strange, top (truth), และ bottom (beauty)
• top quark เป็นอนุภาคที่มีมวลมากกว่าอะตอมของทอง และมีน้ำหนัก มากกว่าอนุภาคตัวถัดมาประมาณ 35 เท่า ซึ่งอาจเป็นอนุภาคที่หนักที่สุด ที่มีในธรรมชาติ quark ที่พบในวัตถุทั่วๆ ไป คือ quark นิด up และ down ซึ่งเป็นองค์ประกอบของโปรตอนกับนิวตรอน โดยโปรตอนประกอบด้วย 2 up quark กับ 1 down quark ส่วนนิวตรอนประกอบด้วย 1 up quark กับ 2 down quark pentaquark ประกอบด้วย 2 up quark 2 down quark กับ 1 strange quark (quark มีประจุเป็น 1/3 หรือ 2/3 ของประจุมูลฐานของอิเล็กตรอน หรือโปรตอน)