Si tengo un protón y un electrón en reposo a cierta distancia de separación.
¿Formarán un átomo de hidrógeno? cuando sean liberados o se unirán? Mi intuición dice que formará un átomo de H. Pero no puedo explicarme qué le impide unirse. ¿De dónde proviene la fuerza radial para rodear? ¿Hay algún mecanismo que pueda leer?
Principio de incertidumbre, ¿cómo afecta las fuerzas centrales y el movimiento?
Editar: Como se preguntó en el comentario sobre la masa de neutrones
La diferencia de masa para protones y neutrones es 1.293 MeV = $ 2.07 × 10 ^ {- 13} J $
Energía máxima proporcionada por el campo eléctrico = $ \ frac {9 × 10 ^ 9 × 1.6 × 1.6 × 10 ^ {- 38}} {10 ^ {- 15}} ≈ 2.304 × 10 ^ {- 13} J $ que es mucho más de lo necesario.
Una parte de esta energía adicional se perderá como radiaciones (no sé cuántas). Además, tenemos energía de masa de energía de electrones.
En condiciones apreciables, la formación de neutrones sería posible.
Comentarios
- Pregunta contraria: ¿la energía total del sistema asciende a $ m_n c ^ 2 $ por $ m_n $ la masa de un neutrón y $ c $ la velocidad de la luz (aquí estamos descuidando la energía del neutrino, porque simplemente no ' t importa)? O podrías hacer la pregunta antrópica sobre la situación: ¿en qué caso ¿Estamos aquí para hacer la pregunta?
- @dmckee ¿Es necesario formar neutrones? ¿Puede ' no haber otra forma de materia? Bueno, la pregunta real es ¿de dónde proviene la fuerza radial para el electrón? ¿Puede sugerir dónde puedo encontrar más?
- Vea esto physics.stackexchange.com/q/238976/37364
- @AnubhavGoel No se necesita fuerza radial porque los electrones no orbitan núcleos como planetas alrededor de un sol.
- Quizás lo que este interrogador está preguntando es cómo se conserva el momento angular si el electrón y el protón se combinan para formar un atom.
Respuesta
Dejemos las cosas claras. Los protones y los electrones son entidades de la mecánica cuántica y no tiene mucho sentido proyectar el comportamiento de atracción eléctrica clásica en el marco micro de la mecánica cuántica, ni en los cálculos de campos eléctricos clásicos.
Clásicamente, una carga negativa atraída por una carga positiva experimentará aceleración, y las cargas aceleradas clásicamente irradian con un espectro continuo. Sin embargo, la creación de átomos de hidrógeno demostró que esto es falso. Esto es lo que se vio, apareció un espectro , y no una radiación continua.
Esto requirió primero el modelo de Bohr y luego el panoplia completa de las soluciones de ecuaciones de la mecánica cuántica para el potencial dado.
Si el electrón está en reposo con respecto al protón, será capturado en uno de los niveles de energía y formará un átomo de hidrógeno. No puede caer más bajo que el estado fundamental. De eso se trata la cuantificación. No hay suficiente energía en el sistema para que el electrón interactúe en la desintegración beta inversa y forme un neutrón, aunque existe una probabilidad de que el electrón de l = 0 pase a través del protón.
En núcleos complejos, donde existe energía en el núcleo, la captura de electrones puede ocurrir para l = 0 estados. Se llama captura de electrones.
Para un experimento de dispersión, donde el electrón tiene energía cinética extra, se dispersará en el continuo, y si hay suficiente energía disponible, se crearán nuevas partículas como sucede con la dispersión de protones en el LHC. En la dispersión de protones electrónicos, se puede formar un neutrón a través de la interacción débil con poca probabilidad, acompañado por un neutrino electrónico para conservar el número de leptones.
Respuesta
La masa de un protón es $ 938,3 $ MeV y la masa de un neutrón es $ 939,6 $ MeV. La diferencia es de $ 1,3 $ MeV. La masa del electrón es $ .511 $ MeV. Así que aquí hay un déficit superior a $ .8 $ MeV. He ignorado la masa de neutrinos, donde conocemos las diferencias entre los tipos de neutrinos, pero exactamente su masa real. Sin embargo. Se cree que la masa de $ \ nu_e $ es como máximo unos $ 10 $ s de eV. Si tiene un electrón muy alejado del protón y lo deja caer hacia el protón por atracción electrostática, solo puede liberar $ 13,7 $ eV. La razón es que existe la configuración mínima de capa S para el electrón en el átomo de hidrógeno. El electrón no puede acercarse. Ahora, si tiene el electrón dirigiéndose hacia el protón con una energía considerable, mayor que $ .8 $ MeV o $ \ gamma > 1.6 $, podría formar un neutrón. El neutrón no es estable y se desintegra en un protón, un electrón y su antineutrino.
Comentarios
- No es necesario solo puede liberar 13.6eV.Existe una probabilidad distinta de cero de que haya un electrón presente cerca del núcleo. En esos casos, se puede liberar más energía.