Протон-электронное слияние

Кто-нибудь может объяснить, что произойдет, если электрон и протон, находящиеся очень близко друг к другу, будут «падать» друг на друга по прямой линии?

Ответы (5)

Они образуют атом водорода.

Они не сольются, потому что в результате слияния получится нейтрон, который тяжелее протона и электрона вместе взятых. Однако если их достаточно сильно «врезать» друг в друга, они могут образовать нейтрон (и электронное нейтрино, масса которого незначительна). Позже нейтрон распадется на протон, электрон и электронное антинейтрино (период его полураспада составляет около 10 минут).

Я бы добавил что-то вроде «да, они притягиваются друг к другу посредством электрического заряда, но когда они подходят очень близко, ядерные силы становятся значительными (и отталкивающими).
Не могли бы вы немного уточнить ваше утверждение о «ядерной силе отталкивания», каковы критерии ядерной силы отталкивания и какого рода, сильного или слабого? Как правило, о сильных ядерных силах говорят, что они привлекательны и имеют малый радиус действия.
Почему их нужно "прихлопнуть", чтобы получился нейтрон. Какая сила отталкивания отвечает за действие против электрического притяжения между протоном и электроном
@rim это потому, что нейтрон тяжелее протона и электрона вместе взятых, поэтому им нужна дополнительная энергия для образования нейтрона. Дело не в силах отталкивания и притяжения, а в массах. Если бы нейтроны были менее массивными, то эта дополнительная энергия не понадобилась бы, но тогда атомы водорода не были бы стабильны — они распались бы на нейтроны.
В большинстве случаев протон и электрон просто отскакивают друг от друга (рассеиваются). Образование атома водорода имеет некоторую вероятность (ни 0, ни 1), процесс также требует излучения фотона (ов).
@fraxinus они наверняка образовали бы атом водорода, если бы им не хватало кинетической энергии, чтобы избежать друг друга, что, казалось, подразумевалось вопросом. Однако в этом случае они уже с самого начала являются атомом водорода, который может быть сильно возбужденным ридберговским атомом , но в конечном итоге он распадется до основного состояния.
Какая ядерная сила, сильная или слабая, будет действовать как сила отталкивания в указанном электрон-протонном взаимодействии? Может ли кто-нибудь описать или указать выражение для такой силы?
@rim нет соответствующей силы отталкивания . Электрон и протон взаимодействуют гравитационно, электромагнитно и при слабом ядерном взаимодействии (электроны не взаимодействуют с сильным). Слабое ядерное взаимодействие может превратить их в нейтрон (если есть достаточно энергии), а затем вызвать распад этого нейтрона. Но его отталкивающее/привлекательное поведение здесь не имеет значения. Единственная существенная вещь, которую он делает в этой истории, — это «трансмутация» частиц (с некоторой ненулевой вероятностью, если это разрешено законами сохранения).
«Они образовали бы атом водорода». Не обязательно.
«Они не сольются» Этого нельзя исключать.
«если они с достаточной силой «врезаются» друг в друга». Ничто не разделяет электрон и протон. На самом деле в атомах всегда имеется значительная электронная плотность на ядре.
@ my2cts ничто не удерживает их отдельно, но тот факт, что нейтрон более массивен, не дает им стать нейтроном (для этого им нужна дополнительная энергия, и кинетическая энергия может помочь). Быть на том же месте — это не то же самое, что быть другой частицей.
@Danijel Прочитайте мой ответ. Они могут стать нейтрон плюс нейтрино.
@my2cts дал достаточно энергии, да. Но не без этого. И да, может работать и достаточная локализация, которая тоже подпадает под достаточную кинетическую энергию.
Из поста выше нельзя сделать вывод, что энергии не хватает. Следовательно, нейтрон может образоваться.

Кто-нибудь может объяснить, что произойдет, если электрон и протон, находящиеся очень близко друг к другу, будут «падать» друг на друга по прямой линии?

Одним из трех убедительных доказательств того, что классическая электродинамика и механика не могут описать электроны, протоны и атомы, был именно тот факт, что в классической электродинамике электрон, притягиваемый зарядом протона, с ускорением падал бы на нейтрализующий его протон с непрерывным электромагнитным излучением.

Вместо этого существовали дискретные частоты, атомные спектры. Была изобретена квантовая механика, что привело к согласованию спектров водорода с решениями квантованной энергии.

Двумя другими экспериментальными ошибками классической физики, которые квантовая механика в то время объясняла математически, были фотоэлектрический эффект и излучение черного тела.

Хочу отметить, что электроны — это ЛЕПТОНЫ, а протоны — это АДРОНЫ (простите за КРИКИ). Все протоны состоят из 3 кварков (uud). Нейтроны имеют (неудачные) кварки. Лептоны имеют 0 кварков и не участвуют в сильных силовых взаимодействиях, которые опосредованы глюонными обменами между кварками, составляющими адрон. Лептон может вносить только энергию (от своего кинетического движения). В то время как между протоном и налетающим электроном существует кулоновское притяжение, вам нужно много энергии, чтобы заставить протонный u-кварк перейти в d (наивная вероятность ⅔, если предположить, что вы приближаетесь в пределах 10 − 17 метров), но чтобы сбалансировать всю квантовую бухгалтерию, нужен еще и электронный антинейтрино! Диаграмма Фейнмана покажет это (см. http://hst-archive.web.cern.ch/archiv/HST2002/feynman/examples.htm ). Таким образом, электрон, скорее всего, потеряет свою энергию в виде тормозного излучения.

Почему вы КРИЧИТЕ о разнице между ЛЕПТОНАМИ и АДРОНАМИ?

Если они просто падают прямо навстречу друг другу, они не могут объединиться. Чтобы объединиться, им нужно было бы сформировать нейтрон, но нейтрон имеет немного большую массу. Дополнительная масса должна была бы исходить от другой частицы или источника энергии — например, достаточно сильно столкнуть их вместе.

Так как они не могут объединяться, они останутся как протон и электрон. Они будут притягиваться друг к другу из-за противоположного заряда, но когда они окажутся «слишком близко», ядерные взаимодействия станут доминирующими (более мощными) и заставят их отталкивать друг друга.

Другой способ взглянуть на энергию, необходимую для слияния, — это энергия, необходимая для преодоления этого отталкивания, когда они сближаются.

Таким образом, они оказались бы близко, но не слишком близко. Притягивается электрически, но не может приблизиться или слиться.

Так и остался бы атом водорода — протон с единственным связанным электроном.

Электрон не отталкивается от протона никакими ядерными взаимодействиями. Он просто остается вокруг протона с конечным средним расстоянием (радиусом Бора) из-за неопределенности Гейзенберга.
«Если они просто падают прямо навстречу друг другу». Это не так. Волновая функция электрона будет быстро распространяться.
Я использую здесь простые нетехнические термины, потому что ясно, что вопрос сформулирован таким образом, что можно предположить, что несколько менее техническое, но более интуитивное описание может быть полезным.

Есть вероятность, что они образуют нейтрон, атом водорода в каком-то s-состоянии или несвязанную электрон-протонную систему. Каждая из этих возможностей может иметь место с относительной вероятностью в зависимости от начального состояния. Поэтому неправильно говорить, что в результате должен получиться атом водорода, даже не уточняя, в каком состоянии.

Квантовая механика говорит нам, что очень локализованный электрон с центром в протоне соответствует суперпозиции состояний, связанных с водородом, и состояний ионизации. Сильно локализованный электрон имеет очень большую кинетическую энергию, которая может превышать потенциальную энергию. Самый быстрый способ увидеть это — использовать принцип неопределенности Гейзенберга для положения и импульса. HUP говорит вам, что сильно локализованная волновая функция электрона требует суперпозиции волн с очень большим импульсом. Очень высокий импульс означает также очень высокую кинетическую энергию.

Обратите внимание, что если присутствуют компоненты с достаточно высокой кинетической энергией, чтобы преодолеть разницу масс нейтрона и протона и создать электронное нейтрино с достаточной энергией и импульсом, также может образоваться нейтрон плюс нейтрино.

Не могли бы вы пояснить, каким образом локализованный электрон будет иметь высокую кинетическую энергию, необходимую для преодоления подавляющей электрической силы притяжения.
Я добавил абзац о неопределенности Гейзенберга.
@rim Электроны - это не маленькие шарики. Это кванты - волны с очень специфическими свойствами. Точно так же, как звуковая волна не локализована, электроны тоже не локализованы. Электроны, связанные с атомами, заполняют так называемую орбиталь — по сути, сложную стоячую волну. В конечном итоге это означает, что у электронов есть дискретные состояния, которые они могут занимать, с дискретными уровнями энергии. Дело в том, что чем более локализован квант (чем меньше неопределенности в его положении), тем больше у него должен быть импульс (и скорость) — если вы снова подумаете о звуке, высокочастотные звуковые волны «меньше».
Протон-электронное слияние
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v