Om jag har en proton och en elektron i vila på något avstånd från varandra.
Kommer de att bilda en väteatom när de släpps eller går de tillsammans? Min intuition säger att den kommer att bilda H-atom. Men jag kan inte förklara mig själv vad som hindrar det från att gå med. Varifrån kommer någon radiell kraft att omringa? Finns det någon mekanism som jag kan läsa?
Osäkerhetsprincip, hur påverkar den centrala krafter och rörelse?
Redigera: Som ifrågasatt i kommentar för massan av neutron
Massskillnad för proton- och neutronmassa är 1,293 MeV = $ 2,07 × 10 ^ {- 13} J $
Max energi tillhandahållen av elektriskt fält = $ \ frac {9 × 10 ^ 9 × 1,6 × 1,6 × 10 ^ {- 38}} {10 ^ {- 15}} ≈ 2.304 × 10 ^ {- 13} J $ vilket är mycket mer än vad som krävs.
En del av denna extra energi går förlorad som strålning (jag vet inte hur mycket). Plus att vi har massens energi energi av elektroner.
Vid märkbara förhållanden skulle det vara möjligt att bilda neutron.
Kommentarer
- Motfråga: uppgår systemets totala energi till $ m_n c ^ 2 $ för $ m_n $ massan av en neutron och $ c $ ljusets hastighet (här vi försummar neutrinoens energi, för det betyder bara inte ')? Eller så kan du ställa den antropiska frågan om situationen: i vilket fall skulle du b här för att ställa frågan?
- @dmckee Är det nödvändigt att bilda neutron? Kan ' inte finnas någon annan form av materia. Tja, den faktiska frågan är var kommer radiell kraft för elektron från? Kan du föreslå var jag kan hitta mer?
- Se physics.stackexchange.com/q/238976/37364
- @AnubhavGoel Ingen radiell kraft är nödvändig eftersom elektroner inte kretsar kring kärnor som planeter runt en sol.
- Det som frågeställaren frågar kanske är hur vinkelmomentet bevaras om elektronen och protonen kombinerar för att bilda en atom.
Svar
Låt oss klargöra saker. Protoner och elektroner är kvantmekaniska enheter och det finns liten mening att projicera klassiskt elektriskt attraktivt beteende till mikroramen för kvantmekanik eller klassiska elektriska fältberäkningar.
Klassiskt kommer en negativ laddning som lockas till en positiv laddning att uppleva acceleration och accelererande laddningar strålar klassiskt med ett kontinuerligt spektrum. Skapandet av väteatomer visade dock att detta var falskt. Här är vad som sågs, ett -spektrum dök upp och inte en kontinuerlig strålning.
Detta krävde först Bohr-modellen och sedan full panoply av lösningarna för kvantmekaniska ekvationer för den givna potentialen.
Om elektronen vilar i förhållande till protonen, kommer den att fångas upp i en av energinivåerna och bilda en väteatom. Det kan inte falla lägre än marktillståndet. Det är vad kvantisering handlar om. Det finns inte tillräckligt med energi i systemet för att elektronen ska interagera i invers beta-sönderfall och bilda en neutron, även om det finns en sannolikhet för att elektronen för l = 0 passerar genom protonen.
I komplexa kärnor, där det finns energi i kärnan, kan elektronupptagning ske för l = 0-tillstånd. Det kallas elektronupptagning.
För ett spridningsexperiment, där elektronen har extra kinetisk energi, kommer den att spridas i kontinuumet, och om tillräckligt med energi är tillgänglig kommer nya partiklar att skapas som händer med protonsprotonspridning vid LHC. Vid elektronprotonspridning kan en neutron bildas genom den svaga interaktionen med liten sannolikhet, åtföljd av en elektronneutrino för att spara leptontal.
Svar
Massan av en proton är $ 938,3 $ MeV och en neutrons massa är $ 939,6 $ MeV. Skillnaden är $ 1,3 $ MeV. Elektronmassan är $ .511 $ MeV. Så det finns ett underskott här större än $ .8 $ MeV. Jag har ignorerat neutrinomassan, där vi känner till skillnaderna mellan neutrinotyper, men exakt deras faktiska massa. I alla fall. massan $ \ nu_e $ anses vara högst några $ 10 $ s av eV. Om du har en elektron långt borta från protonen och låter den falla mot protonen genom elektrostatisk attraktion kan den bara släppa $ 13,7 $ eV. Anledningen är att det finns en minimal S-skalkonfiguration för elektronen i väteatomen. Elektronen kan inte komma närmare. Om du nu har elektronen på väg mot protonen med betydande energi, större än $ .8 $ MeV eller $ \ gamma > 1,6 $ kan du bilda en neutron. Neutronen är inte stabil och sönderfaller till en proton, en elektron och dess antineutrino.
Kommentarer
- Det är inte nödvändigt det kan bara släppa 13.6eV.Det finns en sannolikhet som inte är noll att elektronen är närvarande nära kärnan. I sådana fall kan mer energi frigöras.