最後の要素'の原子番号

誰も本当に知りません。原子の素朴なボーアモデルを使用すると、最も内側の電子が光速を超えて移動する必要があるため、$ Z = 137 $付近で問題が発生します。この結果は、ボーア模型が相対性理論を考慮していないためです。相対論的量子力学から得られるディラック方程式を解き、原子核が点粒子ではないことを考慮すると、恣意的に問題はないようです。原子番号が高いが、異常な影響が$ Z \ approx 173 $を超えると発生し始めます。これらの結果は、現在の量子電気力学理論または新しい理論を使用したさらに深い分析によって覆される可能性があります。

しかし、そのような原子番号に近づくことは決してありません。非常に重い元素は、軽い元素への放射性崩壊に関して非常に不安定です。現在の超重い元素の生成方法は、比較的軽い元素の特定の同位体を加速することに基づいています。そして、はるかに重い元素の同位体で作られたターゲットを打つ。このプロセスは非常に非効率的であり、大量の物質を生成するのに何ヶ月もかかる。重いものの場合ほとんどの元素では、ほんの一握りの原子でさえ検出するのに何年もかかります。最も重いターゲットの寿命が非常に短く、発射体とターゲット間の衝突効率が非常に低いため、現在の118個の要素よりもはるかに先に進むことは非常に困難です。 $ Z = 114 $と$ Z = 126 $付近の安定性の島で、やや安定した超重同位体が見つかる可能性がありますが、予測される最も安定した同位体（それでも数分以上続くとは予想されていません） ）それらの核に非常に大量の中性子があるので、それらをどのように生成するかがわかりません。安定の島の海岸を登ることは決してなく、単にスカートをはくだけであると非難されるかもしれません。

編集：上記の最良の計算は、量子電気力学のみに基づいていることに注意してください。つまり、電磁力のみが考慮されます。明らかに、原子核がどのように振る舞うか（したがって、それ以上進むことが不可能になる前に原子核に詰め込める陽子の数）を予測するには、強い核力と弱い核力についての詳細な知識が必要です。残念ながら、核力の数学的記述は、今日の物理学では依然として非常に難しい問題です。そのため、その角度から厳密な答えを提供することを望む人は誰もいません。

必要があります。 残留核力は非常に短距離であるため、ある程度の制限があります。ある時点で、陽子と中性子が非常に多くなります。核（および結果として生じる核は非常に大きくなる）は、核の正反対の部分が離れすぎているため、お互いを「検出」できません。陽子または中性子が追加されるたびに、強い核力によって安定化が弱まります。一方、陽子間の電気的反発は無限の範囲を持っているので、追加の陽子はすべて反発的にまったく同じように寄与します。これが、重い元素が安定した状態を維持するために、ますます高い中性子対陽子比を必要とする理由です。

したがって、ある原子番号では、おそらく現在の記録である$ Z = 118 $よりもはるかに高くはありません。陽子の反発は、原子核の構成に関係なく、陽子と中性子の強い核引力に常に勝ちます。したがって、十分に重い原子核はすべて、存在した直後に自発的に分裂するか、元素に到達するためのすべての有効な反応経路は、観測可能な宇宙全体のすべての核子でさえ衝突したとしても、非常にありそうもないイベントを必要とします。ビッグバンは可能な限り重い元素を合成しようとしているので、統計的には、十分に重い原子が一度も生成されていないことが予想されます。

コメント

• 原子のna ï ve Bohrモデルを使用すると、$ Z = 2 $付近で問題が発生します…
• @leftaroundaboutエネルギー準位の精度に関してのみであり、原子自体の安定性に関してではありません！
• これらの原子が持つ任意の特性に関して。ボーアモデルは、2体システム以外では'うまく機能しないため、'実際にはに適用できません。水素以外の原子（ただし、$ \ ce {He} ^ + $などに適用できます）。
• @leftaroundabout十分に公平です。Bohr 'のモデルは、歴史的な理由から、モデルが制限を設定できることを示すために（間違っていても）、$ v ^ {1s} _e = Z \ alphaのために、よく言及されていると思います。 c $は非常に単純な結果です。もちろん、ディラック方程式自体も近似です（間違いなくはるかに優れた方程式です）。 '結論を覆すための新しい理論すら必要ありません。ある時点で、さらに微妙なQED効果が認識できるようになり、私が理解している限り、それらが最終的な画像をどのように変更するかはまだ不明です。

"要素"は、指定された数の陽子を持つすべての原子核のセットとして定義する必要があります。電子（または他のレプトン）に基づく定義は、「元素に関連付けられている電子の数が原子の環境によって変化するため、使用できません。

"原子核"陽子と中性子のセットとして、共通の核ポテンシャル井戸にあり、セットの形成にかかった時間に対して平均寿命が長い。 （核相互作用は、 $ 1 \ times10 ^ {-23} $ 秒のオーダーで一定期間にわたって発生します。）

中性子を原子核に追加すると、それぞれが最後の原子核よりも弱く結合します。最終的に、最後に追加された中性子は束縛されていないので、すぐに戻ってきます。通常、これは $ 1 \ times10 ^ {-23} $ 秒に相当する時間内に発生します。陽子数 Z ごとに、中性子の最大数があります。これを Nd と呼びます。これは、 Z 陽子を持つ原子核内に存在する可能性があります。核種のセット $（Z、Nd）$ は、中性子ドリップラインと呼ばれる Z、N 平面上の曲線です。中性子ドリップラインは、特定の数の陽子を持つ原子核が持つ可能性のある最大サイズを定義します。

Z 陽子を持つ原子核の中性子が少なすぎる場合、次の2つのいずれかが発生します。陽子を放出したり、核分裂したりすることがあります。ただし、大きな原子核はほぼ常に核分裂するため、これが重要な基準です。原子核の最も単純で実行可能なモデルは、"液滴モデル"。しかし、その電荷はそれを押しのけようとしているので、核を小さな、非常に応力のかかった風船と考えると、作用している力をよりよく理解できます。電気的反発力は $（Z ^ 2 / r_ {eff}）$ ここで、 $ r_ {eff} $ は、同等の点電荷間の距離です。核を引っ張るもの一緒になって表面張力（不均衡な核凝集）に相当し、保存される"表面エネルギー"の合計は $（r ^ 2）$ 、ここで r は核半径です。クーロンと表面エネルギーの比率は、 $で定義されます。 （Z ^ 2 / r_ {eff}）*（1 / r ^ 2）= K $ 。 $ r_ {eを設定します。 ff} = r $ 。核の体積は、コレクション内の粒子の総数 $ A = Z + N $ に比例します。つまり、 r は $ A ^ {1/3} $ として変化するため、 $（Z ^ 2 / r ^ 3）= K =（Z ^ 2）/ A $ 。 K は"核分裂パラメータと呼ばれます。" K の特定の値自発核分裂に対して同様の液滴モデル障壁を持つ核のセットを定義します。 K の指定値に対して、 $ N（Z）=（1 / K）*（Z ^ 2）-Z $ は曲線を定義します $（Z、N）$ 平面上の一定の核分裂障壁の高さ。ある特定の曲線は、核分裂障壁が存在する核子のセットと存在しない核子のセットを分割する線を定義します。言い換えると、与えられた Z の原子核が持つ可能性のある中性子の最小数を定義します。

少なくとも1つの原子核モデルには、最大 $ 330 $ 中性子と $ 175 $ 陽子^（1）。 Z の関数としての中性子ドリップラインの方程式は、それらのドリップラインから抽出できます。 $ N / Z $ の $ f（Z）$ としての2番目の方程式を使用して、代替ドリップライン曲線。 KUTYの中性子ドリップラインは、 $ N = 330 $ 未満では劇的な変化を示していません。それでも、未知数に外挿するときは、中性子の上限を考慮するのが賢明なようです。ニュークリアスでは、 $ 1/4 $ 桁（ $ 1.77 $ ）倍大きくなります。