Was ist ein intuitives Bild der Bewegung von Nukleonen?

Ich verstehe die "Bewegung" von Elektronen in einem gewöhnlichen Atom (z. B. Argon bei Raumtemperatur und -druck). Sie bewegen sich in "Umlaufbahnen", die durch quantenmechanische Wellenfunktionen definiert sind, wobei die "Umlaufbahnen" im Raum verschmiert sind, wobei einige Orte wahrscheinlicher sind als andere, aber sie besitzen keine bestimmte Flugbahn. Aber in gewissem Sinne wissen wir, dass sie sich in ungefähren Bahnen um den Kern bewegen, auch wenn wir nicht hoffen können, die Bewegung im Newtonschen Sinne zu beschreiben.

Meine Frage ist, was das ähnliche "intuitive" Bild von Nukleonen in einem gewöhnlichen Atom ist. Ist die Position der Nukleonen grundsätzlich "festgelegter" als für Elektronen? Wenn ja, sieht der Kern ähnlich aus wie ein Festkörper, bei dem die einzelnen Nukleonen (vielleicht mit etwas QM-Verschmierung) um Gleichgewichtspositionen schwingen? Das Erkennen der starken Kraft bestimmt auch, was möglich ist. Können Nukleonen um ihre Nachbarn herum zu einem anderen "Ort" im Kern "springen" (vielleicht mit einem zufälligen Sprung eines ähnlichen Teilchens, das Positionen austauscht)?

Antworten (1)

Schalenmodelle des Kerns schlagen Orbitale für Nukleonen vor, ähnlich denen, die wir für Elektronen in einem Atom sehen, aber die "Abstände zwischen ihnen" (gemessen von Regionen maximaler Wahrscheinlichkeit oder ähnlichem) sind vergleichbar mit der Größe der Nukleonen, also können sie ' Man kann es sich nicht wirklich als getrennt vorstellen, wie man sich vorstellen kann, dass atomare Elektronen Bereiche maximaler Wahrscheinlichkeit haben, die voneinander verschieden sind. Aus diesem Grund waren die Flüssigkeitstropfenmodelle, die Nate erwähnt , ziemlich nützlich.

Die Modelle benötigen als Eingaben einige Potentiale und Formfaktoren , die nicht so gut verstanden sind wie diejenigen, die Elektronen beeinflussen. Darüber hinaus muss das Schalenmodell in allen außer den einfachsten Fällen numerisch gelöst werden, sodass die Ergebnisse nur ungefähr sind.

Meine Dissertationsarbeit umfasste das Fotografieren der Schalenverteilungen (nur von Protonen) im Impulsraum. Hier ist eine Ansicht eines Kohlenstoffkerns (nach erheblicher Manipulation, um die Endzustandseffekte ungefähr zu entfernen):

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Die horizontale Skala ist im Grunde Bindungsenergie und Sie können die p- (hohe Spitze links) und s-Schalen (niedrige Spitze rechts) sehen. Die vertikale Skala hat willkürliche Einheiten. Die Linien sollen nur das Auge leiten, da sie einen begrenzten physikalischen Inhalt haben.

Diese Abbildung zeigt sowohl die Energieabhängigkeit als auch die Impulsabhängigkeit

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wobei die roten Rautenmarkierungen die Daten darstellen (manipuliert, um Wechselwirkungen im Endzustand ungefähr zu entfernen) und die blauen kreisförmigen Markierungen das Ergebnis einer Monte-Carlo-Berechnung basierend auf einem Schalenmodell unter Verwendung früherer Spektralfunktionen und der de Forest-Vorschrift für die nuklearen Formfaktoren . Wie zuvor ist die vertikale Skala willkürlich und die horizontale Skala in GeV (natürliche Einheiten).

Die Doppelbeule in den Impulsdaten sind (tatsächlich) die Keulen der p-Orbitale, und die Tatsache, dass das Zentrum deutlich ungleich Null ist, ist das Kennzeichen des s-Orbitals.

Räumliche Verteilungen gebundener Objekte werden durch eine Fourier-Transformation mit den Impulsverteilungen in Beziehung gesetzt. Sie können diese Transformation nicht wirklich auf diese Figur anwenden, weil sie sich eher im Energie- als im Impulsraum befindet, aber Sie könnten durchaus vermuten, dass es viele räumliche Überschneidungen geben würde, und Sie hätten Recht.

Sehe ich richtig, dass die roten und blauen Linien in Ihrem Diagramm die Energieverteilung von beispielsweise 2 Nukleonen in einem Deuteriumkern widerspiegeln? Dies würde nichts über die räumliche Verteilung aussagen, obwohl Sie vielleicht einige Energie- / Impulserhaltungsgleichungen verwenden könnten, um andere Eigenschaften in Beziehung zu setzen?
@AlanSE Die Zahl gilt für Kohlenstoff und spiegelt nur die Protonen wider (ich dachte, Sie würden erwarten, dass die Neutronenverteilung sehr ähnlich ist). Die roten und blauen Linien stehen für die p- bzw. s-Schalen, sollten aber nicht zu ernst genommen werden: Sie sind nur Lorentzianer mit niedrigen Energiegrenzen. Und ja, das ist eher im Energieraum als im Impulsraum, weil die Schalenstruktur für den Mk klarer ist. Ich schaue dort hin.
Gibt es eine Möglichkeit zu wissen, wie weit sich ein Kern in einem Atom bewegt? Beispielsweise vibrieren Goldatome bei Raumtemperatur. Der Kern bewegt sich also relativ zum Bezugssystem des Metallklumpens. Aber kann der Kern selbst keine Schwingungsmoden haben? Gibt es Experimente zur tiefeninelastischen Streuung, die dies lösen können?
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