Понимание ядерного дефекта массы

У меня небольшие проблемы с пониманием дефекта массы в контексте ядерной физики. Аргумент из моего класса:

  1. Ядерная сила притягивает, и поэтому она действует на частицы, когда они перемещаются из отдаленных друг от друга в близкие друг к другу. я доволен этим

  2. Поскольку сила действует на частицы, изменение потенциальной энергии отрицательно. Я не был доволен этим, но я наткнулся на это , которое помогло .

  3. Е в отношениях Е "=" м с 2 включает потенциальную энергию. Я доволен этим .

  4. Таким образом, изменение энергии отрицательно, поэтому общая масса нуклонов уменьшается после их сближения. Другими словами, масса ядра меньше массы составляющих его нуклонов, когда они находятся далеко друг от друга.

Это пункт 4, я действительно не понимаю. Я вообще не понимаю, как это следует из пунктов 2 и 3. Размышляя о своей проблеме с этим, я строил следующий аргумент.

  1. Рассмотрим две точечные частицы, одну с массой m и зарядом q, другую с массой m и зарядом -q. Массы здесь, когда частицы далеко друг от друга.

  2. При сближении частиц изменение их потенциальной энергии отрицательно. Мне это кажется точь-в-точь как пункт 2 аргумента выше .

  3. Частицы могут располагаться сколь угодно близко друг к другу. Если мы моделируем частицы как точки, то это верно .

  4. Есть расстояние д так что разность между начальной потенциальной энергией частиц и потенциальной энергией частиц при разделении расстоянием д , Δ U , имеет Δ U ≤ − м с 2 .

  5. Следовательно, частицы получают нулевую или отрицательную массу просто потому, что им позволяют притягиваться друг к другу.

Очевидно, что этот аргумент несостоятелен, но я не вижу, чем он отличается от аргумента о массе ядра.

Моя первоначальная мысль при построении этого аргумента заключалась в том, что частицы приобретают кинетическую энергию, когда притягиваются друг к другу. В частности, кинетическая энергия, которую приобретают частицы, нейтрализует потенциальную энергию, которую частицы теряют, и, таким образом, изменение энергии равно нулю. Это на самом деле не помогает мне понять дефект массы, поскольку то же самое можно сказать и о нуклонах, когда они притягиваются друг к другу?

Я думаю, нам придется проделать некоторую работу с нуклонами, чтобы остановить их движение. Другими словами, невозможно перейти из состояния, в котором нуклоны покоятся и находятся далеко друг от друга, в состояние, в котором нуклоны покоятся и связаны друг с другом, не совершая над нуклонами работы.

Может ли кто-нибудь помочь мне понять это?

Ответы (2)

Вы, кажется, обеспокоены этим

Н + Н  (бесплатно) → Н Н  (граница)

не является энергосберегающей реакцией. И ты прав! В реакции захвата нуклона также есть испускаемая частица в конечном состоянии, которая уносит энергию. Самый чистый пример, вероятно, захват нейтрона на водороде,

н + п → д + γ

Если это взаимодействие происходит с исходным нейтроном и покоящимся протоном (как это происходит, скажем, при падении нейтронов с энергией миллиэВ на жидкий или твердый водород), то энергия испускаемого фотона точно такая же, как энергия связи дейтрона. .

Фактически, масс-спектроскопия ионов водорода и дейтерия и дифракционные измерения длины волны (и, следовательно, энергии) н п д γ фотона, как мы получаем наилучшую оценку массы нейтрона.

Другой ответ объясняет, почему взаимодействие не является энергосберегающим. Позвольте мне добавить несколько вещей.

Вы предполагаете, что сильное ядерное взаимодействие (остаточное сильное взаимодействие) является привлекательным, но на самом деле оно зависит от расстояния. На определенных, очень близких расстояниях он становится отталкивающим.

Ядерный потенциал притягивает на скромных расстояниях, потому что пионное взаимодействие дает притягивающий потенциал. Он становится отталкивающим, потому что более тяжелые мезоны обычно имеют единичный спин и несут силу отталкивания между нуклонами.

https://физика.stackexchange.com/a/119873/132371

введите описание изображения здесь

Из-за этого природа этого остаточного взаимодействия полностью отличается от сильного взаимодействия на кварковом уровне. В частности, обратите внимание на сильное отталкивание, происходящее на расстояниях менее 1 фм (т. е. диаметра нуклона). Это отталкивание, опосредованное обменом векторными мезонами (ρ), разделяет протоны и нейтроны.

https://физика.stackexchange.com/a/396054/132371

Энергия связи ядра – это минимум, необходимый для того, чтобы разобрать ядро ​​на составные части. Его составляющими являются протоны и ЭМ нейтральные нейтроны. Между ними есть энергия связи, и нам нужно затратить энергию, чтобы отдалить эти части друг от друга. Масса ядра меньше суммы масс свободных составных частей, недостающая энергия есть дефект массы.

В вашем примере есть две частицы с противоположным ЭМ зарядом, но ядра работают по-разному, так как есть ЭМ нейтральные нейтроны и протоны. И потенциальная энергия между ними отличается от пары противоположно заряженных частиц.

Нуклон — это составной объект, состоящий из трех кварков. Нуклон нейтрален по цвету, поэтому в первом порядке мы ожидаем, что нуклон вообще не должен взаимодействовать с другим нуклоном. Фактически это приблизительно то, что мы видим, поскольку на больших расстояниях нуклон-нуклонное взаимодействие падает экспоненциально. Но сокращение не точное, и на малых расстояниях мы получаем взаимодействие. Это называется остаточным взаимодействием, и оно в точности аналогично остаточному взаимодействию между двумя электрически нейтральными атомами, которое представляет собой силу Ван-дер-Ваальса, часто моделируемую потенциалом Леннарда-Джонса.

И принцип неопределенности Гейзенберга определяет это взаимодействие и на очень близких расстояниях.

У нас нет какого-либо пригодного способа вывести правильное остаточное взаимодействие между нуклонами из постулируемого кварк-кваркового взаимодействия. Поэтому вместо этого мы делаем модели. Некоторые из этих моделей имеют отталкивающее ядро, а другие — нет. В частности, нет необходимости иметь отталкивающее ядро, чтобы объяснить размеры ядер или тот факт, что они не коллапсируют; их размеры в основном определяются принципом неопределенности Гейзенберга.

https://физика.stackexchange.com/a/128062/132371

Таким образом, основная причина стабильности ядер заключается в том, что определенные силы уравновешиваются:

  1. сильное ядерное взаимодействие (остаточное сильное взаимодействие)

  2. ХУП

  3. ЭМ-взаимодействие между протоном и нейтроном (сравнимо с Ван-дер-Ваальсом)

Таким образом, в основном, когда составляющие собираются вместе, высвобождается энергия (и это дефект массы), и силы уравновешиваются, чтобы поддерживать стабильность ядра. Если вы хотите снова разобрать ядро, вам нужно потратить столько же энергии, сколько вы использовали, чтобы сдвинуть их вместе.

Понимание ядерного дефекта массы
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v