Jakou roli hrají neutrony v atomu?

Čvc 2, 2021
admin

Několika dalšími slovy, fyzikové právě teď s jistotou říkají, že se dějí čtyři základní věci:

  1. Protony a neutrony drží pohromadě. (Silná jaderná interakce.)
  2. Neutrony se někdy „rozpadají“ na proton, elektron a antineutrino. Někdy se to může stát i obráceně. (Slabá jaderná interakce, známá také jako „beta rozpad“ nebo „radioaktivita“.)
  3. Kladné náboje odpuzují jiné kladné náboje a přitahují záporné. (Elektromagnetická interakce, známá také jako „chemie“ nebo „světlo“.)
  4. Věci padají dolů. („Gravitační interakce“.)

(Řekl jsem, že jsou seřazeny v pořadí „klesající každodenní síly“, ale to není příliš přesné vzhledem k tomu, že tyto věci různě škálují se vzdáleností atd. Ale zhruba v tomto pořadí bys měl o problému, který tě zajímá, přemýšlet)

Všechno ostatní, na co jsi zvyklý, je způsobeno těmito 4 základními interakcemi. Například když sedíte na židli, tajně vás drží nahoře síla, kterou působí mračna elektronů kolem jader, která se navzájem odpuzují, takže to jsou hlavně „elektromagnetické“ síly ve hře proti „gravitačním“ silám, které vás táhnou dolů.

Existuje také drobná jemnost, kterou tyto 4 interakce zcela nepokrývají, ale každý fyzik o ní ví: říká, že „dvě identické částice nemohou zůstat v identickém stavu“. To obvykle znamená, že tyto částice musí zaujímat stále vyšší a vyšší energetické stavy. Ukazuje se, že velká část struktury periodické tabulky vychází právě z tohoto pravidla! Toto pravidlo nakonec říká, že počet sloupců, které přidáte (když přidáváte sloupce do periodické tabulky), musí být dvakrát větší než další liché číslo: takže vidíte, že začínáme přidávat 2 sloupce, pak přidáme 6 sloupců, pak přidáme 10 sloupců, pak přidáme 14 sloupců; fyzika říká, že další počet sloupců, které přidáme, bude 18 a že vzorec je vidět, když dělíte 2, nejprve přidáte jeden pár, pak tři páry, pak pět párů, pak sedm párů: rostoucí lichá čísla. A to jen proto, že každý nový elektron musí (a) obíhat dále a (b) případně rotovat rychleji.

Takže jak se jádro zvětšuje a zvětšuje, dochází k podobnému příběhu. Neutrony a protony spolupracují díky silné jaderné interakci. Ukazuje se, že se na sebe opravdu rády lepí! Pak se ale projeví druhý efekt: pokud má jádro příliš mnoho protonů, musí být v jádře ve skutečně spinových stavech s vysokou energií, protože stavy s nižší energií jsou již obsazeny jinými protony! Existují však neutronové stavy s nižší energií, které jsou neobsazené. V určitém okamžiku se pro proton stane energeticky výhodným reverzní beta-rozpad na pozitron plus neutron plus neutrino, takže neutron může spadnout do tohoto nízkoenergetického stavu.

Takže to je to, co neutrony v jádře dělají: jsou „zhruba stejně lepkavé“ jako protony, ale jsou to jiné částice, které mohou zaujímat jiné stavy.

Teď si možná také pomyslíte: „aha, ty protony se také navzájem odpuzují, kvůli elektromagnetické interakci.“ Ale to je pravda. A to je pravda, ale je to slabší účinek než oba tyto. Tento efekt se v podstatě vyrovnává při určitém atomovém čísle, což je shodou okolností železo. Všechny menší atomy jsou silnou jadernou silou poháněny spíše k tomu, aby se chtěly „spojit“ do větších atomů a snažily se být železem. A všechny větší atomy jsou více poháněny elektromagnetickým odpuzováním, aby se chtěly „štěpit“ na menší atomy. (Ale samozřejmě dokud se nedostanete k vnitřně nestabilním atomovým číslům, jako je uran, můžete mít stále malé stabilní stavy větších atomů, než je železo, kde když do jádra vystřelíte neutron, může se rozpadnout, ale zatím se bezpečně třese.)

Viz také: Wikipedie články o stabilních nuklidech a jaderných vazebných energiích.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.