Teil 1: Konzeptionelle/körperliche Intuition

Da zwischen den beiden Teilchen eine elektrostatische Anziehung besteht, haben sie, wenn sie getrennt sind, eine höhere potentielle Energie als wenn sie zusammen sind.

Hier ist eine Analogie:
Physisch ist diese Situation so, als hätte man einen Ball auf der Spitze eines Hügels mit Blick auf ein Tal oder einen Brunnen. Der Ball rollt den Hügel hinunter und diese potentielle Energie wird in kinetische Energie umgewandelt. Wenn der Ball den Boden des Tals erreicht, beginnt er, aus dem Brunnen herauszuklettern und diese kinetische Energie wieder in Potenzial umzuwandeln. Wenn der Ball also in Ruhe beginnt, wird er nur wieder so hoch wie zu Beginn. In der realen Welt gibt es jedoch Reibung, die einen Teil dieser kinetischen Energie stiehlt, und so rollt der Ball hin und her, kommt aber schließlich am Fuß des Hügels zur Ruhe.

Für das Elektron und das Proton sehen Sie etwas Ähnliches. Die 2 Teilchen beschleunigen aufeinander zu, passieren/streuen sich gegenseitig (und wiederholen sich dann) und verlieren langsam Energie durch "Reibung", dh durch Strahlung.

Teil 2: Spezifische Fragen

1) Stoßen sie zusammen und prallen ab? (Impulserhaltung) 2) Kommt das Elektron durch das Proton, also zwischen seine Quarks?

Die Kollision zwischen den beiden Teilchen ist vollkommen elastisch. Außerdem sind die Energien (~13 eV) relativ zu der starken Kraft, die das Proton zusammenhält, so klein, dass Quarks in keiner Weise beteiligt sind, und die Streuung wird durch Rutherford-Streuung beschrieben .

3) Geben beide Ladungen Brehmsstrahlung ab, während sie sich aufeinander zubewegen?

Die 2 Teilchen werden strahlen und ihre kinetische Energie verlieren. Der Begriff Brehmsstrahlung ist im Allgemeinen viel höheren Teilchenenergien (> keV) und viel größeren Beschleunigungen vorbehalten.

Angenommen, ich kann die beiden Teilchen kontrollieren und bringe sie sehr nahe aneinander (aber sie bewegen sich nicht so schnell wie zuvor, haben also fast keinen Impuls). Dann lasse ich sie los:

1) Würde sich spontan ein Atom bilden?

Sie können die 2 Teilchen sofort durch ihre Massenschwerpunktsbeschreibung (ein Atom) plus ihre individuellen Attribute (dh was die Teilchen innerhalb des Atoms tun) beschreiben. Angenommen, die 2 Teilchen beginnen in Ruhe, dann befinden sie sich bereits in einem gebundenen Zustand, weil sie sich aufgrund von Energiemangel nicht gegenseitig entkommen können (in eine unendliche Trennung gehen).

Das Atom befindet sich jedoch nicht in seinem Grundzustand, bis es durch spontane Strahlungsemission in die unterste Ebene zerfallen ist.

2) Falls noch etwas passiert: Welche Annahmen treffen wir, bevor wir die TISE für ein Wasserstoffatom lösen? Geht darin die Tatsache ein, dass das Elektron gebunden ist? Das heißt: Ist die Quantenmechanik (also die Lösung der Schrödinger-Gleichung) die Antwort auf alle meine Fragen hier?

Die TISE des Atoms selbst gibt Ihnen Energieniveaus usw., aber Sie erhalten keine spontane Emission in den Grundzustand, es sei denn, Sie geben sie von Hand ein (und es wäre nicht mehr zeitunabhängig) oder quantisieren auch das EM-Vakuum (was ist wie Sie SE ableiten). Der Versuch, es zu lösen, wäre also so, als würde man den Ball lösen, der sich auf dem Hügel bewegt, während die Reibung ignoriert wird. Er wird einfach für immer mit konstanter Energie oszillieren.

Überprüfen Sie diesen Link hier. Dies ist ein Zitat von der Website:

Wenn ein Elektron aus dem Unendlichen auf ein Proton fällt, nimmt es 13,6 Elektronenvolt an Energie auf, um den Grundzustand „Orbital“ um das Proton zu erreichen. Ich habe mich immer gefragt, warum es nicht ganz geht. Anscheinend muss seine Debroglie-Wellenlänge um den „Orbitradius“ herum passen, damit es einen stabilen Zustand einnimmt. Vielleicht ist eine andere Erklärung, dass ein Elektron nur in einem Atom ankommen und ein Orbital besetzen kann, indem es seine Ankunftsenergie in Form eines Photons abgibt.

Ich glaube, sie würden Bremsstrahlung emittieren, da es sich um eine Beschleunigung handelt, aber das Elektron gewinnt am Ende trotzdem 13,6 eV an Energie.

Im zweiten Fall befindet sich das Elektron in einem Potentialtopf und bleibt eingeschlossen, wodurch ein Atom entsteht. Das Lösen der TISE ist in diesem Fall sehr nützlich.

Um eine grafische Version der Antwort von Punk_Physicist bereitzustellen, haben wir das Feynman-Diagramm für diese bestimmte Interaktion:

Dieses Diagramm entwickelt sich zeitlich von unten nach oben, dh nehmen Sie ein Blatt Papier und führen Sie es entlang des Diagramms nach oben, um zu sehen, wie sich das System entwickelt. Wir haben ein Elektron und ein Proton, die aufeinander zukommen, und dann sehen wir, wie sie interagieren, indem sie a freigeben$\gamma$Teilchen, dh ein Photon - elektromagnetische Bremsstrahlung (Siehe Bremsstrahlung ). Die Energie dieses Photons ist natürlich die kinetische Energie, die das Elektron beim Passieren des Protons verliert. Je näher sie vorbeikommen, desto höher das Potenzial, desto größer der Verlust$E_k$des Elektrons.

Bei der Kernfusion können Elektronen und Protonen unter Freisetzung von Photonen zu Neutronen verschmelzen.

Anders formuliert: Ein Elektron nähert sich einem Kation.

Wahrscheinlichstes Ergebnis: Ein Photon wird emittiert und das Elektron eingefangen.

Hinzugefügt: So wie ich es sehe: ein Ion und ein Elektron in großer Entfernung voneinander entfernt. Dies wäre wahrscheinlich ein Elektron in einem sehr hohen Orbital des Ions. Wenn sich das Elektron nähert, wirken alle natürlichen Kräfte auf das Elektron ein und das Elektron verlangsamt sich, wenn es sich dem Kern nähert. Dies würde einem Herunterfallen von Orbitalen entsprechen, die ein Photon freisetzen würden.