Wenn ich ein Proton und ein Elektron in einiger Entfernung in Ruhe habe.
Werden sie ein Wasserstoffatom bilden? wenn sie freigelassen werden oder werden sie sich zusammenschließen? Meine Intuition sagt, dass es ein H-Atom bilden wird. Aber ich kann mir nicht erklären, was es daran hindert, sich anzuschließen. Woher kommt eine Radialkraft zum Einkreisen? Gibt es einen Mechanismus, den ich lesen kann?
Unsicherheitsprinzip, wie wirkt es sich auf zentrale Kräfte und Bewegungen aus?
Bearbeiten: Wie im Kommentar zur Masse der Neutronen
Maximale Energie, die durch das elektrische Feld bereitgestellt wird = $ \ frac {9 × 10 ^ 9 × 1,6 × 1,6 × 10 ^ {- 38}} {10 ^ {- 15}} ≈ 2.304 × 10 ^ {- 13} J $, was viel mehr als erforderlich ist.
Ein Teil dieser zusätzlichen Energie geht verloren als Strahlung (ich weiß nicht wie viel). Außerdem haben wir Massenenergie der Energie von Elektronen.
Unter nennenswerten Bedingungen wäre daher die Bildung von Neutronen möglich.
Kommentare
- Gegenfrage: Beträgt die Gesamtenergie des Systems $ m_n c ^ 2 $ für $ m_n $ die Masse eines Neutrons und $ c $ die Lichtgeschwindigkeit (hier) Wir vernachlässigen die Energie des Neutrinos, weil es einfach keine Rolle spielt ('). Oder Sie könnten die anthropische Frage nach der Situation stellen: In welchem Fall würden Sie b Sind Sie hier, um die Frage zu stellen?
- @dmckee Muss ein Neutron gebildet werden? Kann es ' keine andere Form von Materie geben? Die eigentliche Frage ist, woher die Radialkraft für Elektronen kommt. Können Sie vorschlagen, wo ich mehr finden kann?
- Siehe diese physics.stackexchange.com/q/238976/37364
- @AnubhavGoel Es ist keine Radialkraft erforderlich, da Elektronen keine Kerne wie Planeten um eine Sonne umkreisen.
- Vielleicht fragt sich dieser Fragesteller, wie der Drehimpuls erhalten bleibt, wenn sich Elektron und Proton zu einem verbinden Atom.
Antwort
Lassen Sie uns die Dinge klarstellen. Protonen und Elektronen sind quantenmechanische Einheiten, und es hat wenig Bedeutung, klassisches elektrisches Anziehungsverhalten auf das Mikrogerüst der Quantenmechanik oder klassische elektrische Feldberechnungen zu projizieren.
Klassischerweise erfährt eine negative Ladung, die von einer positiven Ladung angezogen wird, eine Beschleunigung, und beschleunigende Ladungen strahlen klassisch mit einem kontinuierlichen Spektrum aus. Die Erzeugung von Wasserstoffatomen zeigte dies jedoch als falsch. Hier ist, was gesehen wurde, ein Spektrum erschien und keine kontinuierliche Strahlung.
Dies erforderte zuerst das Bohr-Modell und dann das vollständige Auflistung der Lösungen von quantenmechanischen Gleichungen für das gegebene Potential.
Wenn das Elektron in Bezug auf das Proton in Ruhe ist, wird es in einem der Energieniveaus eingefangen und bildet ein Wasserstoffatom. Es kann nicht tiefer als der Grundzustand fallen. Darum geht es bei der Quantisierung. Es gibt nicht genug Energie im System, damit das Elektron beim inversen Beta-Zerfall wechselwirkt und ein Neutron bildet, obwohl für das Elektron eine Wahrscheinlichkeit besteht, dass l = 0 das Proton passiert.
In komplexen Kernen, in denen Energie im Kern vorhanden ist, kann das Einfangen von Elektronen für l = 0 Zustände erfolgen. Dies wird als Einfangen von Elektronen bezeichnet.
Bei einem Streuexperiment, bei dem das Elektron über zusätzliche kinetische Energie verfügt, wird es im Kontinuum gestreut, und wenn genügend Energie verfügbar ist, werden neue Partikel erzeugt, wie dies bei der Protonenprotonenstreuung am LHC der Fall ist. Bei der Elektronenprotonenstreuung kann sich durch die schwache Wechselwirkung mit geringer Wahrscheinlichkeit ein Neutron bilden, das von einem Elektronenneutrino begleitet wird, um die Leptonzahl zu erhalten.
Antwort
Die Masse eines Protons beträgt $ 938,3 $ MeV und die Masse eines Neutrons beträgt $ 939,6 $ MeV. Die Differenz beträgt $ 1,3 $ MeV. Die Elektronenmasse beträgt $ .511 $ MeV. Hier besteht also ein Defizit von mehr als 0,8 MeV. Ich habe die Neutrino-Masse ignoriert, wo wir die Unterschiede zwischen Neutrino-Typen kennen, aber genau ihre tatsächliche Masse. Jedoch. Es wird angenommen, dass die $ \ nu_e $ -Masse höchstens ein paar $ 10 $ s eV beträgt. Wenn Sie ein Elektron haben, das weit vom Proton entfernt ist und es durch elektrostatische Anziehung auf das Proton fallen lässt, kann es nur $ 13.7 $ eV freisetzen. Der Grund ist, dass es die minimale S-Schalen-Konfiguration für das Elektron im Wasserstoffatom gibt. Das Elektron kann nicht näher kommen. Wenn Sie nun das Elektron mit beträchtlicher Energie auf das Proton zusteuern lassen, das größer als $ .8 $ MeV oder $ \ gamma > 1.6 $ ist, können Sie sich bilden ein Neutron. Das Neutron ist nicht stabil und zerfällt in ein Proton, ein Elektron und sein Anti-Neutrino.
Kommentare
- Es ist nicht notwendig kann nur 13.6eV freigeben.Es besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, dass Elektronen in der Nähe des Kerns vorhanden sind. In diesen Fällen kann mehr Energie freigesetzt werden.