Wenn Protonen und Elektronen ähnliche Massen hätten

Wenn Elektronen und Protonen die gleiche Masse hätten, würden sie sich immer noch in einer stabilen Umlaufbahn um ihren Schwerpunkt befinden oder würden sie schließlich kollidieren? In ähnlicher Weise hält ein Positronium (oder Protonium) nur extrem kurz, bis es vernichtet wird. Würde eine ähnliche Situation eintreten, in der sich die Elektronen mit den Protonen und Neutronen im Kern verbinden würden (dies würde das Pauli-Ausschlussprinzip nicht verletzen, da es sich um unterschiedliche Fermionen handelt).

Wäre die Chemie in diesem Fall überhaupt noch in ähnlicher Form möglich?

Würden Elektronen/Protonen noch Energiezustände haben?

Mehr oder weniger haben sie ... (105,6582 + 1776,82)/2 = 941,24 MeV, und die Protonenmasse beträgt 938,27 MeV. Sie könnten einige lustige Baryzentren machen, die mit Myonen und Taus anstelle von Elektronen spielen. (PS: Beachten Sie, dass der erste Durchschnitt Yukawa-Higgs-Massen sind, die zweite Masse QCD-Massen; völlig unabhängig. Lustiger Zufall)
Normalerweise sind hypothetische Fragen hier nicht sehr gut, aber ich mag diese.
@BrandonEnright, diese Art von hypothetischer Frage sollte (sollte) hier gut abschneiden. Mal sehen, ob es geht.
@AlfredCentauri Abgeordnet. Ich könnte diese Frage fast analog zu Positronium beantworten, aber es fehlt mir das Wissen über die elektroschwache Wechselwirkung, um eine Antwort auf die Stabilität des vorgeschlagenen Systems zu geben. Ich vermute, dass es viele Leser in genau meiner Position mit diesem Wissensstand (oder einem ähnlichen, dh fehlenden Schlüsselstücken) gibt, die von einer guten Antwort sehr profitieren würden.
Ja, einfache Wellenmechanik ohne Berücksichtigung der elektroschwachen Theorie löst dies als Wasserstoffatom mit reduzierter Masse. Jemand mit einem höheren Wissensstand sollte antworten.
Robert N. Cahn hat einen schönen Artikel zu dieser Fragestellung geschrieben: radford.edu/~brockway/18_parameters.pdf

Antworten (1)

Dies ist eine hypothetische Frage, da Elektronen Elementarteilchen und Protonen zusammengesetzt sind.

Die Lösungen des potentiellen Problems würden stabile Orbitale mit kleineren mittleren Radien ergeben. Hier ist eine Bohr- Modelllösung für den myonischen Wasserstoff, bei der das Myon 200-mal schwerer ist als das Elektron. Die Energien werden zu KeV statt zu eV. Um auf die Masse des Protons zu kommen, geht ein weiterer Faktor von 10 ein.

Man könnte sich eine Chemie vorstellen, die von solchen Atomen ausgeht, außer man sollte sich dann auch einen neuen elektroschwachen Sektor vorstellen, um die Wahrscheinlichkeit von Instabilitäten zu verringern.

a) Die Stabilität von Atomen ist darauf zurückzuführen, dass Elektroneneinfang sehr selten ist, aufgrund der geringen Wahrscheinlichkeit einer Überlappung mit dem Kern und der daraus folgenden Erzeugung eines Neutrons und eines Neutrinos. Die Nähe und die beteiligten großen Energien würden diese Wahrscheinlichkeiten erhöhen. Schauen Sie sich exotische Atome an .

b) angeregte Zustände des "Wasserstoff"-Atoms könnten genug Energie haben und sich mit Protonen überlappen, um sich in ein Neutron + Neutrino zu verwandeln, und die kosmologischen Modelle müssten überarbeitet werden.

c) wie @CuriousOne in einem Kommentar darauf hingewiesen hat, hat die Myon-katalysierte Fusion eine andere Instabilität in Bezug auf normale Festkörpermaterie gezeigt:

Ersetzt ein Myon eines der Elektronen in einem Wasserstoffmolekül, rücken die Kerne folglich 207-mal näher zusammen als in einem normalen Molekül. Wenn die Kerne so nahe beieinander liegen, ist die Wahrscheinlichkeit einer Kernfusion stark erhöht, bis zu dem Punkt, an dem eine erhebliche Anzahl von Fusionsereignissen bei Raumtemperatur stattfinden kann.

Sobald die Zusammensetzung von Protonen (drei Quarks) ins Programm kommt, wäre ein völlig neues Standardmodell erforderlich, da eine Reihe von Reaktionen nicht allein durch Energiebilanzen ablaufen würde, Beispiel :

Graph des Neutronenzerfalls

Das Feynman-Diagramm für den Beta-Zerfall eines Neutrons in ein Proton-, Elektron- und Elektron-Antineutrino über ein intermediäres schweres W-Boson

Alles in allem bin ich der Meinung, dass sich aus einer solchen Hypothese kein stabiler Festkörper ergeben würde.

Ich denke, man könnte hinzufügen, dass selbst wenn sich ein stabiler Wasserstoffzustand bilden könnte (wenn man die Standardmodellphysik beiseite lässt), das Beispiel der Myon-katalysierten Fusion zeigt, dass man statt der Herstellung stabiler Moleküle wahrscheinlich viele Fusionsreaktionen zusätzlich haben würde zum Elektroneneinfang.
@CuriousOne guter Punkt, ich werde es hinzufügen.
Wenn Protonen und Elektronen ähnliche Massen hätten
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v