Als ik een proton en een elektron op enige afstand van elkaar in rust heb.
Gaan ze een waterstofatoom vormen wanneer ze worden vrijgegeven of zullen ze samenkomen? Mijn intuïtie zegt dat het een H-atoom zal vormen. Maar ik kan mezelf niet uitleggen wat het verhindert mee te doen. Waar komt enige radiale kracht vandaan om te omcirkelen? Is er een mechanisme dat ik kan lezen?
Onzekerheidsprincipe, hoe beïnvloedt het centrale krachten en beweging?
Bewerken: zoals gevraagd in de opmerking voor massa neutronen
Massaverschil voor proton- en neutronenmassa is 1,293 MeV = $ 2,07 × 10 ^ {- 13} J $
Max. energie geleverd door elektrisch veld = $ \ frac {9 × 10 ^ 9 × 1,6 × 1,6 × 10 ^ {- 38}} {10 ^ {- 15}} ≈ 2.304 × 10 ^ {- 13} J $ wat veel meer is dan nodig is.
Een deel van deze extra energie gaat verloren als straling (ik weet niet hoeveel). Bovendien hebben we massa-energie van energie van elektronen.
Onder merkbare omstandigheden zou het vormen van neutronen dus mogelijk zijn.
Opmerkingen
- Tegenvraag: bedraagt de totale energie van het systeem $ m_n c ^ 2 $ voor $ m_n $ de massa van een neutron en $ c $ de lichtsnelheid (hier we negeren de energie van de neutrino, omdat het gewoon niet ' t uitmaakt)? Of je zou de antropische vraag kunnen stellen over de situatie: in welk geval zou je b e hier om de vraag te stellen?
- @dmckee Is het nodig om neutronen te vormen? Kan ' er geen andere vorm van materie zijn. De werkelijke vraag is waar komt de radiale kracht voor elektronen vandaan? Kunt u aangeven waar ik meer kan vinden?
- Zie dit physics.stackexchange.com/q/238976/37364
- @AnubhavGoel Er is geen radiale kracht nodig omdat elektronen niet in een baan rond kernen draaien zoals planeten rond een zon.
- Misschien vraagt deze vraagsteller hoe het impulsmoment wordt behouden als het elektron en het proton samen een atom.
Answer
Laten we de zaken duidelijk maken. Protonen en elektronen zijn kwantummechanische entiteiten en het heeft weinig zin om klassiek elektrisch aantrekkelijk gedrag te projecteren op het micro-raamwerk van de kwantummechanica, noch op klassieke elektrische veldberekeningen.
Klassiek zal een negatieve lading die wordt aangetrokken door een positieve lading versnelling ervaren, en versnellende ladingen stralen klassiek uit met een continu spectrum. Het ontstaan van waterstofatomen heeft aangetoond dat dit onjuist is. Dit is wat werd gezien: een spectrum verscheen , en geen continue straling.
Dit vereiste eerst het Bohr-model en vervolgens het een volledig arsenaal aan oplossingen van kwantummechanische vergelijkingen voor het gegeven potentieel.
Als het elektron in rust is ten opzichte van het proton, wordt het gevangen in een van de energieniveaus en vormt het een waterstofatoom. Het kan niet lager vallen dan de grondtoestand. Dat is waar kwantisering over gaat. Er is niet genoeg energie in het systeem om het elektron te laten interageren in invers beta-verval en een neutron te vormen, hoewel er een kans bestaat dat het elektron voor l = 0 door het proton gaat.
In complexe kernen, waar er energie in de kern bestaat, kan elektronenvangst plaatsvinden voor l = 0 toestanden. Het wordt elektronenvangst genoemd.
Voor een verstrooiingsexperiment, waarbij het elektron extra kinetische energie heeft, zal het zich verspreiden in het continuüm, en als er voldoende energie beschikbaar is, zullen nieuwe deeltjes worden gecreëerd zoals gebeurt bij proton protonverstrooiing bij de LHC. Bij elektronenprotonenverstrooiing kan zich een neutron vormen door de zwakke interactie met een kleine waarschijnlijkheid, vergezeld van een elektronenneutrino om het leptongetal te behouden.
Antwoord
De massa van een proton is $ 938,3 $ MeV en de massa van een neutron $ 939,6 $ MeV. Het verschil is $ 1,3 $ MeV. De elektronenmassa is $ 0,511 $ MeV. Er is hier dus een tekort van meer dan $ 0,8 $ MeV. Ik heb de neutrinomassa genegeerd, waar we de verschillen tussen neutrinotypes kennen, maar precies hun werkelijke massa. Echter. de $ \ nu_e $ massa wordt verondersteld hooguit een paar $ 10 $ s van eV te bedragen. Als je een elektron hebt dat ver van het proton verwijderd is en het door elektrostatische aantrekking naar het proton laat vallen, kan het slechts $ 13,7 $ eV vrijgeven. De reden is dat er de minimale S-schaalconfiguratie is voor het elektron in het waterstofatoom. Het elektron kan niet dichterbij komen. Als je het elektron nu met aanzienlijke energie naar het proton laat gaan, meer dan $ 0,8 $ MeV of $ \ gamma > 1,6 $, zou je een neutron. Het neutron is niet stabiel en vervalt in een proton, een elektron en zijn anti-neutrino.
Opmerkingen
- Het is niet nodig kan alleen 13.6eV vrijgeven.Er is een kans groter dan nul dat er een elektron in de buurt van de kern aanwezig is. In die gevallen kan er meer energie vrijkomen.