Se eu tiver um próton e um elétron em repouso a alguma distância um do outro.
Eles formarão um átomo de hidrogênio quando for lançado ou eles vão se juntar? Minha intuição diz que formará o átomo H. Mas não posso me explicar o que o impede de entrar. De onde vem qualquer força radial para circundar? Existe algum mecanismo que eu possa ler?
Princípio da incerteza, como ele afeta as forças centrais e o movimento?
Editar: como questionado no comentário para a massa do nêutron
A diferença de massa para prótons e nêutrons é 1,293 MeV = $ 2,07 × 10 ^ {- 13} J $
Energia máxima fornecida pelo campo elétrico = $ \ frac {9 × 10 ^ 9 × 1,6 × 1,6 × 10 ^ {- 38}} {10 ^ {- 15}} ≈ 2,304 × 10 ^ {- 13} J $ que é muito mais do que o necessário.
Alguma parte dessa energia extra será perdida como radiações (não sei quanto). Além disso, temos a energia da massa da energia dos elétrons.
Em condições apreciáveis, a formação de nêutrons seria, portanto, possível.
Comentários
- Pergunta do contador: a energia total do sistema equivale a $ m_n c ^ 2 $ para $ m_n $ a massa de um nêutron e $ c $ a velocidade da luz (aqui estamos negligenciando a energia do neutrino, porque ela simplesmente não ' t importa)? Ou você poderia fazer a pergunta antrópica sobre a situação: em qual caso você estaria e aqui para fazer a pergunta?
- @dmckee É necessário formar nêutrons? Não pode ' haver qualquer outra forma de assunto. Bem, a questão real é de onde vem a força radial para o elétron? Você pode sugerir onde posso encontrar mais?
- Veja este physics.stackexchange.com/q/238976/37364
- @AnubhavGoel Nenhuma força radial é necessária porque os elétrons não orbitam núcleos como os planetas ao redor do Sol.
- Talvez o que este questionador esteja perguntando é como o momento angular é conservado se o elétron e o próton se combinam para formar um átomo.
Resposta
Vamos deixar as coisas claras. Prótons e elétrons são entidades da mecânica quântica e há pouco significado para projetar o comportamento atrativo elétrico clássico para a microestrutura da mecânica quântica, nem os cálculos clássicos de campo elétrico.
Classicamente, uma carga negativa atraída por uma carga positiva experimenta aceleração, e cargas em aceleração classicamente irradiam com um espectro contínuo. A criação de átomos de hidrogênio, entretanto, demonstrou isso como falso. Aqui está o que foi visto, um espectro apareceu , e não uma radiação contínua.
Isso exigia primeiro o modelo Bohr e depois o panóplia completa das soluções de equações da mecânica quântica para o potencial dado.
Se o elétron estiver em repouso em relação ao próton, ele será capturado em um dos níveis de energia e formará um átomo de hidrogênio. Não pode cair abaixo do estado fundamental. É disso que trata a quantização. Não há energia suficiente no sistema para o elétron interagir no decaimento beta inverso e formar um nêutron, embora exista uma probabilidade de o elétron para l = 0 passar pelo próton.
Em núcleos complexos, onde existe energia no núcleo, a captura de elétrons pode acontecer para l = 0 estados. É chamada de captura de elétrons.
Para um experimento de espalhamento, onde o elétron tem energia cinética extra, ele se espalhará no continuum e, se houver energia suficiente, novas partículas serão criadas, como acontece com o espalhamento de prótons no LHC. No espalhamento de prótons de elétrons, um nêutron pode se formar através da interação fraca com pequena probabilidade, acompanhado por um neutrino de elétron para conservar o número de leptons.
Resposta
A massa de um próton é $ 938,3 $ MeV e a massa de um nêutron é $ 939,6 $ MeV. A diferença é de $ 1,3 $ MeV. A massa do elétron é $ 0,511 $ MeV. Portanto, há um déficit aqui maior do que $ 0,8 $ MeV. Ignorei a massa do neutrino, onde conhecemos as diferenças entre os tipos de neutrino, mas exatamente sua massa real. Contudo. a massa $ \ nu_e $ é considerada como sendo no máximo alguns $ 10 $ s de eV. Se você tiver um elétron bem distante do próton e deixá-lo cair em direção ao próton por atração eletrostática, ele só pode liberar $ 13,7 $ eV. A razão é que existe uma configuração mínima de camada S para o elétron no átomo de hidrogênio. O elétron não pode se aproximar. Agora, se você tem o elétron indo em direção ao próton com energia considerável, maior que $ 0,8 $ MeV ou $ \ gamma > 1,6 $ você pode formar um nêutron. O nêutron não é estável e decai em um próton, um elétron e seu anti-neutrino.
Comentários
- Não é necessário só pode liberar 13.6eV.Há uma probabilidade diferente de zero de o elétron estar presente próximo ao núcleo. Nesses casos, mais energia pode ser liberada.