Comments 11
Вы это называете физическим смыслом и объяснением?
отрицательная масса, температура, энергия… Вам не кажется что «отрицательность» — это нечто условное в мат-уравнениях и в шкале, но никак не в природе/реальности?
То есть протон и нейтрон имеют отрицательную энергию связи. Они об этом знают и потому не разбегаются? :) Или может быть какие то физические процессы им не позволяют? Типа: давление атмосферное поднимает столб воды.
Много слов вокруг-да-около. Хотя всё можно объяснить гораздо проще.
Рассмотрим атом кислорода: 8 протонов + 8 нейтронов + 8 электронов. Что будет, если один нейтрон распадётся? Очевидно, получим атом хлора: 9 протонов + 7 нейтронов + 9 электронов (ну и антинейтрино). Считаем энергию в обоих случаях — и видим, что энергия указанного изотопа хлора существенно больше.
О чём ещё рассуждать?
Ну, Вы можете предложить другой вариант — например "кислород-15 + водород-1 + антинейтрино" (после дефиса — масса). Если в этом варианте энергия будет ниже, чем у "кислород-16", то распад возможен.
Вот только для верхней части таблицы Менделеева (кроме водорода и ещё нескольких веществ) стабильным изотопом (т.е. с наименьшей энергией) является тот, у которого число протонов равно числу нейтронов. А распад нейтрона выбивает систему с этой "линии наименьшей энергии".
А вот как наименьшая энергия получается при равенстве числа протонов и числа нейтронов — я не знаю. Наверно, надо решать уравнение Шрёдингера; по кр.мере, для электронов оно даёт нужные решения, соответствующие реальности. Но разница в том, что для ядерных частиц должны действовать не только электромагнитные силы, но и сильное взаимодействие — а тут я даже не копался.
А вот как наименьшая энергия получается при равенстве числа протонов и числа нейтронов — я не знаю.Это как раз элементарно. Частица «нуклон» является фермионом и имеет два состояния — протон и нейтрон, аналогично атому, в котором электроны могут иметь спин вверх и вниз. Согласно принципу запрета Паули фермионы не могут находится в одинаковых состояниях, поэтому в ядре кислорода заняты 8 протонных и 8 нейтронных уровней. С точки зрения сильного ядерного взаимодействия, протон и нейтрон эквивалентны, а электромагнитным, в случае кислорода, можно пренебречь, поэтому энергии протонных и нейтронных уровней близки. Если мы теперь перенесем нуклон из 8-го протонного в 9-й нейтронный, то энергия увеличится, ибо 9 > 8. Соответственно, получившийся азот-16 нестабилен и распадается обратно в кислород-16.
Конечно, это объяснение не будет работать, если 8-й и 9-й уровни не сильно отличаются. Однако, как и в химии, в ядерной физике есть понятие полностью заполненной оболочки, после заполнения которой уровни энергии испытывают резкий скачок. Количества нуклонов в полностью заполненной оболочке в ядерной физике называют магическими числами и они отмечены на рис. 8 в статье — 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Соответственно, дисбаланс протонов и нейтронов может быть энергетически выгодным, если позволяет заполнить хотя бы одну из двух оболочек. Однако, в случае дважды магического кислорода-16, и протонная и нейтронная оболочка полностью заполнены, поэтому он является особенно стабильным.
Из Ваших слов вытекает, что самым стабильным изотопом азота д.б. азот-15 (7 протонов + 8 нейтронов). Однако, iRL мы имеем 99,635% азота-14 (7 протонов + 7 нейтронов) и всего 0,365% азота-15.
А почему не существуют азот-9, азот-27, кислород-10 и кислород-28?
Зато откуда-то берутся микроколичества кислорода-17 и кислорода-18, где число нейтронов ни фига не магическое.
Также непонятно, что как получаются магические числа. Понятно, что это два (возможные состояния спина), умноженные на ряд {1,2,5,14,25,41,63}. Откуда берутся эти числа?
А на рисунке 8 я вижу горизонтальные куски, не соответствующие магическим числам. И они не меньше магических горизонтальных кусков.
И кусочек стабильных изотопов в районе Z=90,N=145 — тоже ни разу не магическое место.
Однако, iRL мы имеем 99,635% азота-14 (7 протонов + 7 нейтронов) и всего 0,365% азота-15.Распространенность изотопа в природе, вообще, слабо связана со «степенью стабильности». Конкретно в случае с азотом она определяется деталями CNO-цикла, а точнее тем, что N-15 гораздо охотнее захватывает протон, чем N-14.
А почему не существуют азот-9, азот-27, кислород-10 и кислород-28?Ну так правило о равенстве протонов и нейтронов никуда не делось, заполненные оболочки могут только немного корректировать его в ту или иную сторону.
Откуда берутся эти числа?Далеко не все в природе можно на пальцах объяснить. Уравнения сильного взаимодействия на порядок сложнее электромагнитного, но даже в химии очень малое число задач поддается достаточно точному решению, про ядерную физику и говорить нечего. Так что остаются экспериментальные измерения и феноменологические модели.
Но ведь нуклон — барион, а не фермион.
Нуклон — это фермион (а не бозон) и барион (но не лептон/мезон)
http://electron6.phys.utk.edu/phys250/modules/module%206/particle_classification.htm
The fundamental particles may be classified into groups in several ways. First, all particles are classified into fermions, which obey Fermi-Dirac statistics and bosons, which obey Bose-Einstein statistics. Fermions have half-integer spin, while bosons have integer spin. All the fundamental fermions have spin 1/2. Electrons and nucleons are fermions with spin 1/2. The fundamental bosons have mostly spin 1.…
The electron and the neutrino are members of a family of leptons. Originally leptons meant "light particles", as opposed to baryons, or heavy particles, which referred initially to the proton and neutron. The pion, or pi-meson, and another particle called the muon or mu-meson, were called mesons, or medium-weight particles, because their masses…
Baryons are made up of 3 quarks, and mesons are made up of a quark and an anti-quark. Baryons are fermions and mesons are bosons.
ИМХО вообще считаю что все элементарные частицы есть проявление (типа стоячей волны) колебания материи или пространства, или эфира или чего-го там ещё, то из чего соткан мир и вообщем мы существуем дискретно, ощущая себя только в наивысшей точке амплитуды колебания и не можем уловить фазу изменения.
Почему-то всегда был уверен, что нейтрино прилетает к нам из глубин дальнего космоса, а оно оказывается, что они летают у нас туда-сюда каждые несколько минут.
Стабильность нейтрона в атомном ядре