Ich versuche, die physikalische Grundlage der Halbwertszeit des Zerfalls zu verstehen (zu verstehen, dass es unterschiedliche Grundlagen für verschiedene Arten des Zerfalls geben kann ...) und bin auf diesen Artikel gestoßen:
https://www.lanl.gov/museum/news/newsletter/2017/2017-05/science-question-decay.php
Zitat aus diesem Artikel:
Ein Kern besteht aus Protonen und Neutronen, die durch starke Kräfte zusammengehalten werden. Bestimmte Kombinationen sind stabiler als andere. Es hat mit Verhältnissen und „Gluonen“ zu tun, aber ich werde versuchen, diesen Teil der Erklärung zu vermeiden. Innerhalb eines Elements – und nehmen wir vorsichtshalber an, wir sprechen von einem Nuklid (oder einem Isotop eines Elements) – hat jedes Atom genau die gleiche Kombination von Protonen und Neutronen. Es scheint, dass alle Kerne identisch sind, aber die Partikel haben eine Kombination von „Wackeln“, die ihnen innewohnt, wie Geschwister auf dem Rücksitz eines Autos.
Bei einem Nuklid mit langer Halbwertszeit bleibt das gesamte Wackeln die meiste Zeit innerhalb der Grenze der Bindungskraft, die den Kern zusammenhält: Der Kern bricht nicht auseinander. Hin und wieder kann es jedoch vorkommen, dass sich das Wackeln aneinanderreiht oder eine Resonanz bildet, die den Kern über die Grenze seiner Kohäsion schickt, und der Kern spaltet sich.
Was sind die "Wackeln", auf die sich dieser Autor bezieht? Ich nehme an, dass es sich um Schwingungen irgendeiner Art handelt ... was schwingt aber?. Kann mir jemand auf Referenzen für die "Verhältnisse und Gluonen" verweisen, die den Teil der Erklärung bilden, den der Autor vermieden hat?
Ich spekuliere, dass hinter dieser Erklärung vielleicht etwas steckt, wie die Bildung und Vernichtung von Gluonen (für einen durch starke Kraft vermittelten Zerfall) oder W, Z-Bosonen (für einen durch schwache Kraft vermittelten Zerfall) ... aber ich konnte es nicht bestätige meinen verdacht.
Das "Wackeln" bezieht sich auf die Tatsache, dass ein Teilchen, wenn es in einem kleinen Volumen (hier dem Kern) eingeschlossen ist, gemäß dem Pauli-Ausschlussprinzip an Impulsunsicherheit gewinnen muss. Trotzdem ist ein stabiler Kern eines bestimmten Isotops ein stationärer Zustand: Er ist unveränderlich, und alle Nuklide im Grundzustand mit demselben A und Z im Universum sind zu jeder Zeit identisch. Etwas, das einen Impuls (auch bekannt als: Bewegung) hat, das sich in einem stationären (auch bekannt als: unveränderlichen) Zustand befindet, ist ein rein quantenmechanisches Konzept.
Es scheint, dass der Autor versucht, den Alpha-Zerfall zu beschreiben. Klassischerweise macht Alpha-Zerfall keinen Sinn, da die nukleare Bindung (auch bekannt als: einige Verhältnisse von Gluonen und Zeug) zu stark ist (und mit der Reichweite bis zu einem Cutoff zunimmt), um Alphas zu erlauben, weit genug wegzukommen, damit die elektrische Abstoßung sie treten kann aus: auch wenn sie wackeln. Quantentunneling löst dieses Problem.
Radioaktiver Zerfall ist zutiefst quantenmechanisch, und jede klassische Analogie wird jemanden verwirren, der sich ein wenig mit Physik auskennt. Natürlich sagt die URL, dass es vom Museum ist, und die Beschreibung ist gut genug für Besucher.
Klassischerweise sollte ein radioaktiver Kern stabil sein, weil es eine große Energiebarriere dafür gibt, dass irgendetwas darin herausgeschleudert wird. Aber eine Folge der Quantenunsicherheit ist die Fähigkeit von etwas, durch die Energiebarriere zu tunneln und auf der anderen Seite in einem Zustand mit noch niedrigerer Energie als zu Beginn zu erscheinen. Der Zerfall eines subatomaren Teilchens in zwei andere wird durch einen ähnlichen Mechanismus gesteuert. Der radioaktive Zerfall ist also eine Möglichkeit, überschüssige Energien loszuwerden.
In einer Situation, in der ein solches Quantentunneln möglich ist, führt seine statistisch unsichere Natur zu einer charakteristischen "Halbwertszeit"-Zeitspanne, an der es eine fünfzig-fünfzig-Wahrscheinlichkeit gibt, dass es aufgetreten ist. Jede spezifische Situation innerhalb eines radioaktiven Kerns hat eine andere Beziehung zwischen der Energiebarriere und der Unsicherheit des Teilchens und daher eine andere Halbwertszeit.
Gluonen sind nicht wirklich beteiligt, da alles mit ihnen so schnell passiert, aber einige radioaktive Mechanismen beinhalten ein Boson als Vermittler. Beispielsweise kann ein angeregtes Quark in ein niederenergetisches Quark mit anderem Geschmack zerfallen und ein Boson ausspucken, das wiederum in ein Elektron und ein Neutrino zerfällt.
Guy Inchbald
Benutzer3230304