Das Deuterium existiert nur mit dem Proton und Neutron mit ausgerichtetem Spin, was darauf hindeutet, dass die starke Restkraft mit ausgerichteten Spins größer ist, dh die Bindungsenergie größer ist, wenn die Spins ausgerichtet sind.
Andererseits ist die Masse von ist größer als die Masse des Protons , auch wenn sie die gleichen Quarks haben, da hat ausgerichtete Spins von Quarks. Es scheint also, dass hier die Bindungsenergie abnimmt, wenn die Spins ausgerichtet sind (größere Masse -> kleinere Bindungsenergie).
Eine weitere Tatsache in diesem Sinne ist, dass in der Weizsäcker-Formel der Paarungsterm die Bindungsenergie des Kerns erhöht, wenn die Spins gepaart (dh entgegengesetzt) sind. (hier ist die starke Kraft wieder wie bei Deuterium residual)
Wie sind diese beiden konsistent? Erhöht sich die starke Kraft mit ausgerichteten Drehungen?
Um einen gebundenen Zustand zu erreichen, müssen Sie zunächst ein Potential haben, das stärker ist als die kinetische Energie der Nukleonen, und dazu benötigen Sie:
Die beiden Nukleonen stoßen sich nicht ladungsmäßig ab, im Vergleich zur Nukleonenwechselwirkung ist die Coulomb-Kraft nicht stark, aber dennoch eine Überlegung wert
Die beiden Nukleonen, die im Spin ausgerichtet sind, ergeben eine zusätzliche Bindung
Zwei Nukleonen in einem Bahndrehimpulszustand Null, also dem niedrigsten Energiezustand, können ihre Spins nur dann ausrichten, wenn sie im Isospin anti-ausgerichtet sind (Pauli-Ausschluss). Ich denke, das ist, wo Sie verwirrt werden. Dies ist der niedrigste Energiezustand, der Ihnen einen gebundenen Zustand verleiht.
Dies wird jedoch als S-Zustand bezeichnet, ein Bahndrehimpulszustand von Null. Die Ausrichtung im Spin gibt ihnen eine zusätzliche Bindungsenergie, sodass die starke Kraft selbst nicht mit dem ausgerichteten Spin zunimmt, aber der ausgerichtete Spin selbst gibt ihnen zusätzliche Bindungsenergie.
Ohne diese zusätzliche Bindungsenergie (das ist keine extra starke Kraft) könnten sie nicht gebunden werden. Die Ausrichtung im Spin verleiht ihnen aufgrund des Skalarprodukts im Spin in der NN-Wechselwirkung eine zusätzliche Bindungsenergie.
Aus diesem Grund haben ein Proton und ein Neutron einen entgegengesetzten Isospin und können im Spin ausgerichtet werden, und das gibt ihnen eine zusätzliche Energie (keine starke Kraft), um einen gebundenen Zustand zu erzeugen.
Ich denke, wo Sie verwirrt sind, denken Sie, dass die beiden Kerne nur durch die starke Kraft gebunden sind. Aber ihr gebundener Zustand besteht aus mehreren Kräften, wie der EM-Kraft, starken Kraft, starken Restkraft, also der Kernkraft, Schwerkraft (ist nicht einmal messbar) und Spin und Isospin (diese beiden sind keine Kräfte, sondern die Pauli Ausschlussprinzip).
Und Sie müssen lernen, dass die starke Kraft durch Gluonen vermittelt wird. Gluonen interagieren miteinander, um eine Flussröhre zu bilden. Wenn zwei Quarks räumlich getrennt sind, bleibt die starke Kraft stark, bis die Energie hoch genug ist, um weitere Quarks zu erzeugen. Wenn die Quarks zu nahe sind, ist die starke Kraft nicht so stark.
Die starke Kraft zieht Quarks zusammen, wird aber auch schwächer, wenn die Quarks näher kommen (dh sie wirkt wie eine Feder), in einem Phänomen, das als "asymptotische Freiheit" bekannt ist.
Bitte siehe hier:
Eine Frage zu Deuterium ist der Isospin-Zustand. Ist es Singlet:
oder ist es ein Triplett:
Nun, wenn es ein Triplett wäre, würden wir erwarten, dass die anderen Triplett-Isospin-Zustände gebunden sind:
(durch ersteres kann es zu Coulomb-Problemen kommen). Wie auch immer, sie existieren nicht, also ist der Isospin-Zustand ein antisymmetrisches Singulett.
Die Gesamtwellenfunktion ist ein Produkt aus Raum, Spin und Isospin:
Mit dem räumlichen Teil in einem symmetrischen S-Zustand brauchen wir einen symmetrischen Spinzustand, damit die gesamte Wellenfunktion antisymmetrisch ist (Pauli-Ausschlussprinzip) – und das muss sein .
Ein tiefer Einblick in Nukleon-Nukleon-Potentiale führt Sie zum Argonne V18-Potential: https://journals.aps.org/prc/pdf/10.1103/PhysRevC.51.38
Arpad Szendrei