Wie genau interagieren Protonen und Elektronen miteinander?

Wie tauschen diese Teilchen Informationen über Ladung und Position untereinander aus, obwohl zwischen ihnen meist leerer Raum ist?

Was passiert auch, wenn ein freies Elektron näher an einem Kern eines Wasserstoffatoms vorbeikommt als sein eigenes Elektron?

Meine spontanen Vermutungen bisher:

  1. Das Proton reagiert nicht, weil es irgendwie mit seinem vorhandenen Elektron verbunden ist
  2. Proton wird es fangen und das vorherige freigeben
  3. Proton wird es fangen und beide mit halber Kraft halten
  4. Ein vorhandenes Elektron stößt einfach ein ankommendes ab
  5. Etwas anderes?

Antworten (2)

Proton und Elektron tauschen Informationen über ein Eichboson aus, in diesem Fall ein virtuelles Photon. So wird die elektromagnetische Wechselwirkung vermittelt.

Was Ihre andere Frage betrifft, so wird das Elektron abgebremst und abgelenkt und emittiert ein Photon, wobei ein Teil seiner Energie in einem Prozess namens Bremsstrahlung freigesetzt wird

Es könnte auch in einem Wasserstoffanion en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_anion eingefangen werden , wenn es beim Streuen die entsprechende Energie hat.
@annav Bedeutet das, dass das Proton diese beiden Elektronen mit der halben Kraft anzieht oder mit voller Kraft, aber jeweils nur für die Hälfte? Ist die Ladung nicht quantisiert und kann daher nicht geteilt werden?
Sehen Sie sich die Energieniveaus des Wasserstoffatoms an hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hyde.html#c2 . Wenn ein Elektron mit der entsprechenden Energie auf dem niedrigsten n = 1-Niveau gefangen wird, hat es zwei Spinzustände, sodass zwei Elektronen dort sein können. Das Atom ist mit dem einen neutral, aber das andere Energieniveau existiert und kann ein zweites Elektron einfangen, wenn es die richtige Energie hat oder wenn es einen Teil seiner Energie in einem Photon abgibt. Das/die Elektron(en) befinden sich in Orbitalen um den Kern, dh Wahrscheinlichkeitsverteilungen im Raum hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/chemical/eleorb.html
In der Quantenmechanik spricht man nicht mehr von "Anziehung", da die möglichen Orte und Energieniveaus quantisiert sind, nicht kontinuierlich wie in der klassischen Anziehungskraftphysik. Das Potential ist das 1/r-Potential der Elektrizität, aber die Lösungen sind die Energieniveaus, und zwei Elektronen mit unterschiedlichen Spins können auf demselben Niveau sein, und auch Elektronen können auf höheren Energieniveaus eingefangen werden.

C: Siehe "Quantenmechanik". Genauer gesagt möchten Sie Lösungen für die Schrödinger-Gleichungen, die Ihr System darstellen. In diesem Fall ist das ein Elektron, das durch eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion dargestellt wird

ψ ( X → , T )
unter einem Potential
v ( X → )
das ist die potentielle Energiefunktion des Systems. Diese enthält Informationen über die relativen Abstände und Ladungen der Teilchen im System.

Sobald wir eine Lösung gefunden haben ψ ( X → , T ) , sowohl für Raum- als auch Zeitvariablen für

ich ℏ ∂ ∂ T ψ = H ^ ψ
Wo H ^ enthält Informationen über die Energie des Systems aus dem oben genannten Potential v ( X → ) , haben wir ein zeitevolutionäres Modell des Systems!

Dies ermöglicht es uns, ein dreidimensionales bewegtes Bild der Wahrscheinlichkeitsdichte des Elektrons in diesem System zu erstellen. Mit anderen Worten, wir können die verschiedenen Orte sehen, an denen sich dieses Elektron in Bezug auf das Wasserstoffatom befinden kann. Die Handlung wäre nicht von ψ ( X → , T ) , sondern von | ψ ( X → , T ) | 2 nach den Regeln der zugrunde liegenden Mathematik. Wenn wir die Energiegleichungen der Bewegung kennen, können wir die Euler-Lagrange-Bewegungsgleichungen für das System berechnen. Diese stellen sich als die Bewegungsgleichungen heraus, die Ihre Fragen beantworten würden, wie Ihr System interagieren würde.

Daraus können wir die entsprechenden Impulsgleichungen des Systems berechnen und kommen zu denselben Funktionen für die Bewegung, die oben erwähnt wurden. Für eine gründlichere Einführung in den Kurs empfehle ich Mathematics for Quantum Mechanics: An Introductory Survey of Operators, Eigenvalues, and Linear Vector Spaces (Dover Books on Mathematics) von John David Jackson oder Lectures on Quantum Mechanics von Paul Dirac.

Für eine eher konzeptionelle Einführung empfehle ich The Quantum World: Quantum Physics for Everyone von Kenneth W. Ford und Diane Goldstein oder The Quantum Universe: (And Why Anything That Can Happen, Does) von Brian Cox.

Viel Spaß beim Lesen, Gelehrter!

Lesen Sie auch einfach die andere Antwort, und wenn Sie sich das Diagramm auf der Wiki-Seite ansehen, um das genaue Bild des Szenarios zu erhalten, sehen Sie Positions-Impuls-Trajektorien, die mit ihren Energien C gekennzeichnet sind:
Wie genau interagieren Protonen und Elektronen miteinander?
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