Hvis jeg har en proton og en elektron i ro i en afstand fra hinanden.
Vil de danne et brintatom når de frigives, eller de vil slutte sig sammen? Min intuition siger, at det vil danne H-atom. Men jeg kan ikke forklare mig selv, hvad der forhindrer det i at blive med. Hvor kommer en radial kraft til at omringe fra? Er der en mekanisme, som jeg kan læse?
Usikkerhedsprincip, hvordan påvirker det centrale kræfter og bevægelse?
Edit: Som spørgsmålstegn i kommentar til masse af neutron
Masseforskel for proton- og neutronmasse er 1,293 MeV = $ 2,07 × 10 ^ {- 13} J $
Maks. energi leveret af elektrisk felt = $ \ frac {9 × 10 ^ 9 × 1,6 × 1,6 × 10 ^ {- 38}} {10 ^ {- 15}} ≈ 2.304 × 10 ^ {- 13} J $ hvilket er meget mere end krævet.
En del af denne ekstra energi går tabt som stråling (jeg ved ikke hvor meget). Plus, vi har massenergienergi af elektroner.
Under mærkbare forhold ville dannelse af neutron derfor være mulig.
Kommentarer
- Modspørgsmål: udgør systemets samlede energi $ m_n c ^ 2 $ for $ m_n $ massen af en neutron og $ c $ lysets hastighed (her vi forsømmer neutrinoens energi, fordi det bare ikke betyder ')? Eller du kan stille det antropiske spørgsmål om situationen: i hvilket tilfælde vil du b her for at stille spørgsmålet?
- @dmckee Er det nødvendigt at danne neutron? Kan ' ikke være nogen anden form for stof. Nå, det faktiske spørgsmål er, hvor kommer radial kraft til elektron fra? Kan du foreslå, hvor jeg kan finde mere?
- Se dette physics.stackexchange.com/q/238976/37364
- @AnubhavGoel Ingen radial kraft er nødvendig, fordi elektroner ikke kredser om kerner som planeter omkring en sol.
- Måske hvad denne spørger spørger er, hvordan vinkelmoment bevares, hvis elektronen og protonen kombineres for at danne en atom.
Svar
Lad os gøre tingene klare. Protoner og elektroner er kvantemekaniske enheder, og der er ringe mening at projicere klassisk elektrisk attraktiv adfærd til kvantemekanikens mikrorammer eller klassiske elektriske feltberegninger.
Klassisk vil en negativ ladning, der tiltrækkes af en positiv ladning, opleve acceleration, og accelererende ladninger udstråler klassisk med et kontinuerligt spektrum. Oprettelsen af brintatomer viste dog dette som falsk. Her er hvad der blev set, et spektrum dukkede op og ikke en kontinuerlig stråling.
Dette krævede først Bohr-modellen og derefter fuld panoply af løsningerne i kvantemekaniske ligninger for det givne potentiale.
Hvis elektronen hviler i forhold til protonen, vil den blive fanget i et af energiniveauerne og danne et brintatom. Det kan ikke falde lavere end jordtilstanden. Det er, hvad kvantisering handler om. Der er ikke nok energi i systemet til, at elektronen interagerer i invers beta-henfald og danner en neutron, selvom der er en sandsynlighed for, at elektronen for l = 0 passerer gennem protonen.
I komplekse kerner, hvor der findes energi i kernen, kan elektronindfangning ske for l = 0-stater. Det kaldes elektronindfangning.
For et spredningseksperiment, hvor elektronen har ekstra kinetisk energi, vil den sprede sig i kontinuumet, og hvis der er nok energi til rådighed, oprettes der nye partikler, som det sker med protonprotonspredning ved LHC. I elektronprotonspredning kan en neutron dannes gennem den svage interaktion med lille sandsynlighed ledsaget af en elektronneutrino for at bevare leptontal.
Svar
Massen af en proton er $ 938,3 $ MeV og massen af en neutron er $ 939,6 $ MeV. Forskellen er $ 1,3 $ MeV. Elektronmassen er $ .511 $ MeV. Så der er et underskud her større end $ .8 $ MeV. Jeg har ignoreret neutrino-massen, hvor vi kender forskellene mellem neutrino-typer, men nøjagtigt deres faktiske masse. Imidlertid. massen $ \ nu_e $ menes højst at være et par $ 10 $ s eV. Hvis du har en elektron langt væk fra protonen og lader den falde mod protonen ved elektrostatisk tiltrækning, kan den kun frigive $ 13,7 $ eV. Årsagen er, at der er den minimale S-shell-konfiguration for elektronen i hydrogenatomet. Elektronen kan ikke komme nærmere. Hvis du nu har elektronen på vej mod protonen med betydelig energi, større end $ .8 $ MeV eller $ \ gamma > 1.6 $, kan du danne en neutron. Neutronen er ikke stabil og forfalder til en proton, en elektron og dens anti-neutrino.
Kommentarer
- Det er ikke nødvendigt det kan kun frigive 13.6eV.Der er en ikke-nul sandsynlighed for, at elektron er til stede nær kernen. I disse tilfælde kan der frigøres mere energi.