Hvis jeg har et proton og et elektron i ro med et stykke fra hverandre.
Vil de danne et hydrogenatom når de blir løslatt eller blir de sammen? Intuisjonen min sier at den vil danne H-atom. Men jeg kan ikke forklare meg selv hva som forhindrer det i å bli med. Hvor kommer en radiell kraft til å omringes fra? Er det noen mekanisme som jeg kan lese?
Usikkerhetsprinsipp, hvordan påvirker det sentrale krefter og bevegelse?
Edit: Som spørsmålstegn i kommentar for nøytronmasse
Masseforskjell for proton- og nøytronmasse er 1,293 MeV = $ 2,07 × 10 ^ {- 13} J $
Maks energi levert av elektrisk felt = $ \ frac {9 × 10 ^ 9 × 1,6 × 1,6 × 10 ^ {- 38}} {10 ^ {- 15}} ≈ 2.304 × 10 ^ {- 13} J $ som er mye mer enn nødvendig.
En del av denne ekstra energien vil gå tapt som stråling (jeg vet ikke hvor mye). I tillegg har vi massenergienergi fra elektroner.
Under merkbare forhold ville det være mulig å danne nøytron.
Kommentarer
- Motspørsmål: utgjør systemets totale energi $ m_n c ^ 2 $ for $ m_n $ massen til et nøytron og $ c $ lysets hastighet (her vi forsømmer nøytrinoens energi, fordi det bare ikke betyr ')? Eller du kan stille det antropiske spørsmålet om situasjonen: i hvilket tilfelle vil du b her for å stille spørsmålet?
- @dmckee Er det nødvendig å danne nøytron? Kan ' det ikke være noen annen form for materie. Vel, det faktiske spørsmålet er hvor kommer radiell kraft for elektron fra? Kan du foreslå hvor jeg kan finne mer?
- Se dette physics.stackexchange.com/q/238976/37364
- @AnubhavGoel Ingen radiell kraft er nødvendig fordi elektroner ikke kretser rundt kjerner som planeter rundt en sol.
- Kanskje det denne spørgeren spør om er hvordan vinkelmoment bevares hvis elektronet og protonet kombineres for å danne en atom.
Svar
La oss gjøre ting klare. Protoner og elektroner er kvantemekaniske enheter, og det er liten mening å projisere klassisk elektrisk attraktiv oppførsel til mikrorammen for kvantemekanikken, og heller ikke klassiske elektriske feltberegninger.
Klassisk vil en negativ ladning tiltrukket av en positiv ladning oppleve akselerasjon, og akselererende ladninger vil klassisk utstråle med et kontinuerlig spektrum. Opprettelsen av hydrogenatomer viste imidlertid at dette var falskt. Her er det som ble sett, et spektrum dukket opp , og ikke en kontinuerlig stråling.
Dette krevde først Bohr-modellen og deretter full panoply av løsningene til kvantemekaniske ligninger for det gitte potensialet.
Hvis elektronet er i ro med hensyn til protonen, vil det bli fanget opp i et av energinivåene og danne et hydrogenatom. Den kan ikke falle lavere enn bakken. Det er hva kvantisering handler om. Det er ikke nok energi i systemet til at elektronet kan samhandle i invers beta-forfall og danne et nøytron, selv om det er en sannsynlighet for at elektronet for at l = 0 vil passere gjennom protonet.
I komplekse kjerner, der det finnes energi i kjernen, kan elektronfanging skje for l = 0-stater. Det kalles elektronfangst.
For et spredningseksperiment, der elektronet har ekstra kinetisk energi, vil det spre seg i kontinuumet, og hvis nok energi er tilgjengelig, vil nye partikler bli opprettet slik det skjer med protonsprotonspredning ved LHC. I elektronprotonspredning kan et nøytron dannes gjennom den svake interaksjonen med liten sannsynlighet, ledsaget av et elektronnøytrino for å bevare leptontallet.
Svar
Massen til en proton er $ 938,3 $ MeV og massen til et nøytron er $ 939,6 $ MeV. Forskjellen er $ 1,3 $ MeV. Elektronmassen er $ .511 $ MeV. Så det er et underskudd her større enn $ .8 $ MeV. Jeg har ignorert nøytrino-massen, der vi kjenner forskjellene mellom nøytrino-typer, men nøyaktig deres faktiske masse. Men. massen $ \ nu_e $ antas å være høyst noen $ 10 $ s av eV. Hvis du har et elektron langt borte fra protonen og lar det falle mot protonen ved elektrostatisk tiltrekning, kan det bare frigjøre $ 13,7 $ eV. Årsaken er at det er den minimale S-skallkonfigurasjonen for elektronet i hydrogenatomet. Elektronet kan ikke komme nærmere. Hvis du nå har elektronet på vei mot protonen med betydelig energi, større enn $ .8 $ MeV eller $ \ gamma > 1.6 $, kan du danne et nøytron. Neutronet er ikke stabilt og forfaller til et proton, et elektron og dets antineutrino.
Kommentarer
- Det er ikke nødvendig det kan bare frigjøre 13.6eV.Det er en ikke-null sannsynlighet for at elektron er til stede i nærheten av kjernen. I slike tilfeller kan mer energi frigjøres.