Küsimus:
Kas on olemas kindlaid teaduslikke tõendeid selle kohta, et alfaosake on tetraeedriline?
John Duffield
2017-02-04 21:00:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ma kirjutan tuumajõudude teemat ja võitlen millegagi. Mõtlesin alfaosakest alati kui midagi tetraeedrilise paigutusega. Kui sellest Internetist otsite, on palju hitte. Sama, kui pilte otsite:

enter image description here

Alfaosakest kujutatakse tavaliselt kahe prootoni ja kahe neutroni tetraeedrilise paigutusena. Ja mitte ainult popcience piltidel. Siin on see jälle professor Martin Freeri skolarpeediaartiklis klastrid tuumades. Ta ütleb, et sellised asjad nagu alfa + alfa klastri struktuur on 8 Be põhiseisundis, ja esitab selle kujutise, mis näitab nelja alfaosakeste klastri paigutust tuum 16 O :

enter image description here

Siiski näen vaeva, et leida kindlaid teaduslikke tõendeid alfaosakese tetraeedrilise paigutuse või konfiguratsiooni kohta. Nii et minu küsimus on järgmine:

Kas on kindlaid teaduslikke tõendeid selle kohta, et alfaosake on tetraeedriline?

[See Google'i pildiotsing] (https://www.google.com/search?q=shape+of+alpha+particle&source=lnms&tbm=isch) soovitab tasapinnalist konfiguratsiooni.
@Kyle Kanos: Ma mõtlesin, kas see oli tegelikult tasapinnaline.
Kas saitidel, kust need pildid pärinevad, on asjakohaseid teadmisi, et autoriteetselt öelda, milline kuju on Ta tuumal?Enamik pilte on pigem kompositsiooni kui geomeetrilise struktuuri illustratsioonid.Kuusnurksed struktuurid pakkus välja [Unclear2Nuclear] (http://www.unclear2nuclear.com/alpha.php), kes on doktorikraadiga töötajad, kuid näivad olevat pensionile jäänud harrastajad, kes töötavad väljaspool akadeemilisi ringkondi ega ole avaldanud eelretsenseeritud ajakirjades.
@sammy gerbil: ma kahtlustan, et mitte.Aga seal on jälle keegi?See on tõesti minu küsimuse tuum._Kus on tõendid? _
Tõendite leidmise koht on polariseeritud hajutamise katsetes.Katse $ G_ {EN} $ mitmed etapid hajutasid polariseeritud elektronid polariseeritud heelium-4 sihtmärgist, mis on täpselt vajalik konfiguratsioon, ehkki see, mida te küsisite, ei olnud katse keskmes ja oleks seetõttu külganalüüs, kuiisegi siis, kui nad kogusid kõik õiged andmed.
@dmckee: Olen ettevaatlik hajutuskatsete suhtes.Tundub, et need on seotud mittejärjestustega ja neid on kasutatud väitmaks, et elektron on vaatamata aine lainelisusele punktitaoline, ja väitmaks, et tuumajõud on laengust sõltumatu, vaatamata diprotooni või dineutrooni puudumisele.Aga aitäh ikkagi.Kas saaksite mulle mingeid viiteid anda?
Tetraeeder on ainus viis paigutada neli kõva kera 3D-ruumis nii, et kumbki neist oleks ülejäänud kolmest sama kaugel.Sellisena on see _a priori kõige usutavam konfiguratsioon nelja nukleooni paigutamiseks eeldusel, et nad ei pääse läbi.Tõenäoliselt on see ajend neid niimoodi joonistada, kuigi (nagu Thomas ütleb) see on vastuolus kvantmudelite järeldustega.
Teie viimasel pildil on klastrid tetraeedrilises paigutuses, kuid iga klaster ise näeb välja tasapinnaline.
@zwol, miks peaksid nad mõlemad ülejäänud kolmest samal kaugusel olema?Minu enda naiivne eeldus oleks, et prootonid tõrjuvad üksteist elektriliselt ja neutronid mitte, nii et soovite maksimeerida prootonite vahelist kaugust.
@Random832 Asjakohases vahemikus on (jääk) tugev jõud umbes kolm suurusjärku tugevam kui elektromagnetiline jõud.(Ma arvan. Mul on probleeme numbrite leidmisega.) Selle põhjal võiks eeldada, et kõik kõrvalekalded tetraeedrist on üsna väikesed.Te ei saaks põhjendada nende joonistamist näiteks lennukisse.
@zwol: inimeste sõnul on (jääk) tugev jõud palju tugevam kui elektromagnetiline jõud, kuid mul on selle tõendite leidmisega probleeme.Raskim täielikult stabiilne isotoob on plii 104. [Vismut] (https://et.wikipedia.org/wiki/Bismuth#Isotopes) ei ole päris stabiilne.
@JohnDuffield Mul on ka probleeme millegi konkreetse leidmisega, kuid selle lause märksõnadeks olid _ vastavas vahemikus_.Parim asi, mis mul on, on [see graafik Wikipedias] (https://et.wikipedia.org/wiki/Nuclear_force#/media/File:ReidForce2.jpg), kus väidetavalt võidab elektromagnetiline jõud ainult 2,5fmeraldatus ja suurem.Kontraktuaalses olukorras, kus prootonid ja neutronid on piljardikuulilaadsed, on nende eraldamine täpselt selle potentsiaali põhjas ja sealt tulid "kolm suurusjärku".
@JohnDuffield Tsiteeritud on Reed, R.V: "Kohalikud fenomenoloogilised nukleoni-nukleoni potentsiaalid", _Annals of Physics_ 50: 411–448 (1968), kuid ma ei leia ühtegi selle koopiat, mis ei oleks tasuline.
@JohnDuffield (siiski leian Thomase tähelepaneku, et kõik neli osakest asuvad 1s tuumaorbiidil ja seetõttu peaks alfa olema "veeretatud" pigem kera kui tetraeedrina, täiesti veenev.)
@zwol: kirjaviga: see peaks olema juhtiv 204. Kas olete proovinud sci-hubi [10.1016 / 0003-4916 (68)] jaoks (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0003491668901267?via%3Dihub)) /reference/ReferencesPapers.aspx?ReferenceID=1504393)?Ma ei pääse töölt sci-hubile juurde.Deuteroni kohta öeldakse, et see on levinud ja tundub, et meil on selleks head tõendid.Kuid ma lihtsalt ei leia alfaosakese "kuju" kohta mingeid tõendeid ja ma ei taha, et mind nii veenaks, kui neid pole.
@JohnDuffield Ma ei pääse praegu ise sci-hubile juurde.Tõenäoliselt _ saan_ paberi kätte CMU raamatukogust, kuid mitte homseni.
@zwol: lugesin seda läbi [sci-hub] (http://sci-hub.cc/10.1016/0003-4916 (68) 90126-7).See on huvitav selle poolest, et see on üsna negatiivne - miski, mida proovisime - sobib paberile, kuid see ei öelnud mulle alfaosakese kohta midagi.
Võib-olla on elektronide vaheline elektriväli magnetiliste dipoolmomentide ees ülekaalus ja nelja komponendi kuju on tasane.
@HolgerFiedler: Ma arvan, et peaksite meeles pidama, et asjaomane väli on elektromagnetväli.Aga mis iganes, ma arvan, et see on lame.
EM-valdkonna osas oleme erinevad.Ma arvan, et eksisteerivad ainult elektriväljad ja magnetväljad.Seal on ka EM-kiirgus, aga ma ei tea, mis on EM-väli.Kui keegi ei mõista footoneid kui energiakvantse koos võnkuvate elektri- ja magnetdipoolidega.
@HolgerFiedler: vaadake [seda] (https://et.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_field#Dynamics): _ "Aja jooksul mõisteti, et elektri- ja magnetvälja mõeldakse paremini kui suurema osa kahte osa -elektromagnetväli. "_ Maxwell _ühinenud_ elektromagnetism.Kahjuks tundub mõnikord, et seda pole kunagi juhtunud.Kas saite mu e-posti?
Tsiteerisite seda Einsteini teemal: "Need teooriatüübid on põhjuslikult seotud, kuid pole siiski sulandunud identiteediga. Vaevalt võib ette kujutada, et tühjal ruumis on kahte sisuliselt erinevat tüüpi olekut või olekut."
@HolgerFiedler: jah, väli on ruumi olek.Paari magnetiga ringi mängides tunnete jõude, sest ruum nendes magnetites ja nende ümber ei ole sama mis tühjades kätes ja nende ümber olev ruum.Einsteini digitaallehtedes on palju head kraami.Kraam, mis on mõistlik.Ja mujalgi.Lugege Maxwelli originaalmaterjali.OK, ma pean minema, head ööd.
Kaks vastused:
Thomas
2017-02-04 22:47:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Alfaosake on kvantmehaaniline süsteem ja pole selge, mida me võiksime öelda, kui joonistame piljardipallidest pilte, mis on paigutatud vastavalt klassikalisele polüheedrile. Eelkõige on alfal kvantnumbrid $ J ^ \ pi = 0 ^ + $ , seega on sellel täielik sfääriline sümmeetria. Kestmudeli pildil, mis annab lihtsa juhise täpse 4-keha lainefunktsiooni kohta, on alfa olek, milles kõik neli osakest (üles / alla pöörleva neutron ja üles / alla pöörlev prooton) hõivavad sama 1s (sfääriliselt sümmeetriline) orbitaal. See tähendab, et alfa tuleks joonistada laiguna, välja pritsitud prootonite ja neutronitega.

Kestmudeli lainefunktsioon pole täpne ja korrelatsioonid on lühikese vahemikuga, see tähendab, et kui ma avastan alguspinnal spin-up prootoni, siis on lähedalt neutroni / prootoni ülesleidmise tõenäosus veidi suurem / väiksem , kuid need seosed ei soosi mingil moel tetraeedrilisi konfiguratsioone.

Suurematel tuumadel (deformeerunud tuumadel, nagu plutooniumil) on (pool) klassikalise kujuga. Vastav kvantmehaaniline lainefunktsioon on tuuma erineva orientatsiooniga olekute superpositsioon. Lähteseisund on endiselt isotroopne, kuid ergastatud olekud vastavad pöörlemisribadele. On ka mõte, milles alfaosakeste klastri tuumad (nagu hapnik ja süsinik) hõlmavad suuri lainefunktsiooni komponente, mis eelistavad teatud geomeetrilisi paigutusi.

Järelmärk (eksperimentaalne tõendusmaterjal): Terved õpikud (näiteks Bohr ja Mottelson, Nuclear Structure) on pühendatud selle selgitamisele, miks kestamudel annab täpse juhendi tuumariikidele. Kaasaegsed variatsioonilised (ja täpsed arvulised) lainefunktsioonid leiate lehelt http://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.70.743.

Empiiriliselt on lihtsaim tõend ergastatud seisundite spekter.Deformeerunud tuumal on madalad pöörlemis- ja vibratsiooniseisundid.Alfaosakesel on suur tühimik (kooskõlas suletud kestaga) ja madalaim ergastatud olek on $ 0 ^ + $ , mis on kooskõlas monopoolse vibratsiooniga (vt näiteks, Joonised 3-2a, Bohr & Mottelson, vol I).

Aitäh Thomas.Mulle ei meeldi piljardipallid ja proovige neid mõelda kui S-orbiidi laineid.
See ei saa olla kogu pilt, kuna nt.ammoniaagimolekulil on samad omadused ja on palju tõendeid selle kohta, et see on püramiidikujuline.Nurga-impulsi argument ütleb, et tetraeedri kõigi erinevate suundade (kui see on olemas) tõenäosuse amplituud on ühtne, kuid see ei välista sisemise struktuuri olemasolu kehas fikseeritud raamis.Kuid mul pole veel piisavalt tugevat ülevaadet sellest, kuidas kehas fikseeritud raamid toimivad QM-is, et anda autoriteetne vastus.
@EmilioPisanty Peamine erinevus on minu arvates see, et ühte 1s orbiiti ei saa panna kaheksa valentselektroni.Ma ei ole selle üksikasjalikku QM-teooriat kunagi õppinud, ainult eksperimentaalses keemias kasutatavaid rusikareegleid, kuid (lämmastikuaatomi vaatenurgast) on ammoniaagi valentselektronid väidetavalt "sp ^ 3 hübriid" orbitaalides, kaksigaüks ja see sunnib vesinikprootonite ja üksikpaari tetraeedrilist paigutust.
@EmilioPisanty Põhipunkt on see, et suurel objektil (molekulil) on tõenäoliselt klassikaline kuju kui väikesel objektil (tuumal).Tõepoolest, me kirjeldame molekule Born-Oppenheimeri lähenduse abil, mis annab tuumadele tõhusa potentsiaali.On mõttekas küsida, kas selle potentsiaali klassikaline miinimum vastab geomeetrilisele paigutusele nagu tetraeeder.Muidugi peab tegelik QM-lainefunktsioon olema kõigi tetraeedriliste paigutuste superpositsioon.
@Thomas Asi on selles, et teie argument ei tööta: öeldes, et $ J ^ \ pi = 0 ^ + $ ütleb ainult, et "tetraeeder peab osutama üheaegselt kõigis suundades, kui see on olemas", mitte "tetraeedrit ei saa olemas olla", mison see, mida teie vastus valesti väidab.See ei sõltu sellest, kas mingisugune Born-Oppenheimeri pilt on olemas või mitte, ning (efektiivsete) elektrostaatiliste interaktsioonidega seotud tuumade ja tugeva jõu abil seotud tuumade vahel pole põhimõttelist erinevust.Tetraeeder on korrelatsioon nukleonide positsioonide vahel ja teie postitus ei ole nende tingimuste kohta kaugeltki vastus.
@EmilioPisanty ... sellepärast jätkan seda punktiga number kaks, nelja keha lainefunktsioon on hülgemudeliga antud hea lähendusega, milleks on 4 osakest 1-s orbiidil.Ammooniumimolekuli 4 tuuma Born-Oppenheimeri lainefunktsioon on sellest väga erinev.
OP palub selgesõnaliselt kindlaid viiteid, mida te ei esita.Võib juhtuda, et * lisaks * ebaolulisele nurga-impulsi argumendile välistab vähese keha tugevjõuline füüsika olulised korrelatsioonid, sundides selle asemel osakestes-enesekindlates orbitaalides pilti, kus iga nukleon istubmõnel mõistlikult täpselt määratletud orbiidil.Kui see nii on, peaksite selle varundama selle füüsika selgitusega, põhjendusega, miks ühe konfiguratsiooniga kestamudel on antud juhul õige lähenemine, ja viidetega sellele.
@EmilioPisanty .. lisas järelsõna
Kõigil paarisjoonelistel tuumadel on 0 0 + $ põhiolekut, kuid mitte kõik neist pole kerakujulised sümmeetrilised.Coulomb-tuuma interferentsi mõõtmised näitavad, et raskekaalulised nukliidid nagu kerged massid haruldased muldmetallid nagu $ ^ {180} Hf $ ja isegi looduslikud uraani isotoopid on põhiolukorras moonutatud ellipsoidid.
Teisest küljest näitavad raskemad kahekordselt suletud kestaga tuumad kerakujulist sümmeetriat.Nii et alfa, olles Z = 2, N = 2, oleks suure tõenäosusega sfääriliselt sümmeetriline, mida see ka ei tähendaks.
@BillN: * Kõigil paarisjoonelisel tuumal on 0+ põhiseisundit, kuid mitte kõik neist ei ole kerakujulised sümmeetrilised. * Paarisjoonelise tuuma põhiseisund on labori raamis sfääriliselt sümmeetriline.Peab olema, sest nii toimib kvantmehaanikas nurgeline impulss.See on keha kinnitatud raamis deformeerunud, mida kirjeldame näiteks deformeerunud kestamudeli abil tehtud arvutustes.Sellise mudeli järgi konstrueeritud ühe osakese lainefunktsioonid, nagu ka kõik paljude osakeste lainefunktsioonid, ei ole hea nurkkiirusega olekud, mis on mudeli defekt.
user4552
2018-10-14 22:22:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Thomase vastus on tegelikult päris kena ja ma toetasin seda. Tundub, et see pole siiski kõiki rahuldanud ja selles on mõned aspektid, mis minu arvates pole päris õiged või ei keskendu päris õigetele asjadele.

Kas on kindlaid teaduslikke tõendeid selle kohta, et alfaosake on tetraeedriline?

Kõige sirgjoonelisem vastus sellele on see, et tetraeedrilise viinamarjaklastri mõiste on selgelt klassikalisest intuitsioonist inspireeritud koomiks ja oleks absurdne ette kujutada, et see oli tegeliku kvandi täpne mudel -mehaaniline süsteem. Tegelikult pole huvi arutada tetraeedrilist koomiksit selle otseses mõttes, sest see on tobe. Põhimõtteliselt on vähemalt mõnevõrra huvitav küsida, kas neutronite ja prootonite vahelistel korrelatsioonidel on omadusi, mis sarnanevad igasuguste korrelatsioonidega, mida me tetraeedrilisest koomiksist ette kujutaksime.

Tundub, et nukleonide vaheliste korrelatsioonide arutelu on Thomase vastuse all olnud pikas kommentaarilõigus palju segadust tekitanud, seega arutleme sirgema näite üle. Vaatleme positroniumi selle põhiseisundis. Tavaline õpiku käsitlus kirjutaks lainefunktsiooni lahutavas vormis üles kirjutades millekski näiteks $ \ Psi (x_0) \ Phi (x_1) $ , kus $ x_0 $ on massikeskme positsiooni tähistav vektor ja $ x_1 $ on positroni positsioon elektron (või cm suhtes). Seoseid kirjeldab asjaolu, et $ \ Phi $ ütleb meile tõesti mõlema osakese lainefunktsiooni ja need korrelatsioonid on hoogu säilitades ideaalsed. Soovi korral võime $ \ Psi (x_0) $ täielikult ignoreerida või kui see meid huvitab, võime lasta sellel olla hea hoog.

Kuid paljude kehade süsteemide jaoks muutub see lähenemine keeruliseks ja klassikaline rünnakumeetod on selle asemel, et kirjutada üles ühe osakese potentsiaal ja asustada see osakestega, kasutades ametinumbreid, mis järgivad asjakohast statistikat. $ N>2 $ osakeste jaoks on see palju paremini jälgitav, kuid selle puuduseks on see, et meie ehitatud olekud ei ole hea hooga olekud. Kui seda rakendada positroniumile, siis on elektroni ja positroni vahelised korrelatsioonid omamoodi, sest mõlemad kipuvad elama samas ruumis, kuid neid seoseid pole täpselt kirjeldatud. Kogu impulsis on võltsitud kõikumisi, mis rikuvad impulsi säilitamist.

Emilio Pisanty kirjutas kommentaaris:

Kuid mul pole piisavalt tugevat ülevaadet sellest, kuidas kehas fikseeritud raamid toimivad QM-is

Kui räägime tuumafüüsikas keha kinnistunud raamidest, on see põhimõtteliselt viis rääkida nukleonide vahelistest korrelatsioonidest, kuid mudeli kasutamine konkreetsel viisil. Toome analoogia positroniumi puhul katkise tõlkesümmeetria näitega.

Tuumafüüsikas rikume sageli mitmeid häid sümmeetriaid samal viisil, nagu ma kirjeldasin eespool positroniumi kohta. Näiteks deformeerunud haruldaste muldmetallide tuuma puhul kasutaksime tõenäoliselt ühe osakese potentsiaali, millel on laienenud ellipsoidne kuju, ja tutvustaksime ka paaritamist, nagu kirjeldab Bogoliubovi lähendus. Saadud paljude keha lainefunktsioonide impulss $ \ textbf {p} $ , kogu nurkamoment $ J $ , neutronite arv $ N $ ja prootonite arv $ Z $ . Tuuma puhul, mille massinumber (st osakeste arv) $ A $ , vähenevad nende kõikumiste suhtelised suurused $ A $ , seega paljude raskete tuumade, paljude vaadeldavate jaoks see põhimõtteliselt probleeme ei tekita.

Paarisjoonelise tuuma, nagu alfaosakese, olek on labori raamis sfääriliselt sümmeetriline. Peab olema, sest nii toimib kvantmehaanikas nurgeline impulss. Kere fikseeritud raamis võib deformeeruda ühtlane ühtlane tuum, mida kirjeldame näiteks deformeerunud kestamudeli abil tehtud arvutustes. Nii et asjaolu, et heeliumituumal on $ 0 ^ + $ olek, ei ütle meile tegelikult midagi selle kohta, kas sellel on konkreetne deformeerunud kuju, näiteks tetraeeder.

Nii et kui me tahame öelda, kas konkreetne tuum on põhiolukorras deformeerunud, ei saa me seda teavet selle põhiseisundi pöörlemisest.Saame selle teistelt vaadeldavatelt.Kui paarisituumaline on ellipsoid (mis on kuju, mis on sisuliselt kõigil stabiilselt deformeerunud tuumadel), on põhiriigile ehitatud pöörlemisriba, mille spin-pariteet kulgeb nagu $ 0 ^ + $ , $ 2 ^ + $ , $ 4 ^ + $ , ...Energiad lähevad nagu $ J (J + 1) $ .Gamma poolväärtusaeg laguneb selles ribas E2 üleminekute abil üsna lühikeseks, mis näitab kollektiivset liikumist.Poolklassikaliselt tõlgendatakse seda riba kui otsa pööramist, kuna kvantrootor ei saa sümmeetriatelje ümber pöörelda.Nurkmomenti saab sümmeetriatelje ümber tekitada ainult osakeste aukude ergastustega, millel pole ühtegi ülalkirjeldatud vaatlusmärki.

Kui heelium oleks tõesti konfigureeritud multifilmides näidatud tetraeedrilise konfiguratsiooniga, oleksid sellel mõned pöörlemisomadused, kuid mitte kõik. Sellel oleks kindlasti madala energiaga pöörlemisribad, mis on ehitatud põhiseisundile, kuid me ei jälgi ühtegi sellist riba. Põhiseisundil puuduks keha kinnitatud kaadris pariteetsümmeetria ja kui me võtaksime koomikseid täiesti sõna-sõnalt, siis oleks sellel ka suur elektriline dipoolmoment. See dipoolmoment kaoks tegelikus olekus (sarnaselt ammoniaagi molekulile, mis on klassikaline näide, mida on kirjeldatud näiteks Feynmani loengutes). Siiski oleks positiivse pariteedi olekutega põimitud negatiivse pariteediga pöörlemisolekud ja nende positiivsete ja negatiivsete pariteetsete olekute vahel toimuksid tugevad E1 üleminekud. Me ei jälgi midagi sellist. On tõendeid, et vähestel tuumadel on tõepoolest peegeldus-asümmeetriline kuju, seega pole see ainult spekulatiivne. Alfaosakese omadused ei sarnane omadustega, mida ootaksime peegeldus-asümmeetrilise kuju korral.

Seega on väga otseseid vaatlusaluseid tõendeid selle kohta, et alfaosakese struktuur ei sarnane koomiksiga, isegi mitte mingil moel ebamääraselt poolklassikalisel viisil.

On ka selgeid teoreetilisi põhjuseid, miks me sellist heeliumi struktuuri ei ootaks. See on kahekordselt maagia ja kahekordselt pole maagilistel tuumadel oma põhiseisundis kunagi ühtegi stabiilset deformatsiooni.



ⓘ
See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 3.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...