Vaikka standardi malli fysiikka on laajalti uskotaan täysin kuvailla koostumusta ja käyttäytymistä ytimen, tuottaa ennusteita teoria on paljon vaikeampaa kuin useimmat muut alueet hiukkasfysiikan. Tämä johtuu kahdesta syystä:
- periaatteessa fysiikan sisällä ydin voi olla peräisin kokonaan quantum chromodynamics (QCD). Käytännössä kuitenkin nykyiset laskennalliset ja matemaattiset lähestymistavat QCD: n ratkaisemiseen vähäenergisissä järjestelmissä, kuten ytimissä, ovat erittäin rajallisia., Tämä johtuu vaiheen siirtyminen, joka tapahtuu välillä korkea-energia quark väliä ja vähän energiaa hadronic asia, joka tekee muokkaaviin tekniikoihin käyttökelvottomaksi, jolloin se on vaikea rakentaa tarkka QCD-johdettu malli voimien välillä nucleons. Nykyiset lähestymistavat rajoittuvat joko fenomenologinen malleja, kuten Argonne v18 mahdollisia tai kiraaliset tehokas alalla teoriassa.
- Vaikka ydinvoimalla on hyvin rajoitettu, huomattava määrä laskentatehoa on tarpeen tarkasti laskea ominaisuuksia ytimet ab initio., Kehityksen monet kehon teoria on tehnyt tämän mahdolliseksi monille pieni massa ja suhteellisen vakaa ytimet, mutta edelleen parannuksia sekä laskentatehoa ja matemaattisten lähestymistapoja tarvitaan, ennen kuin raskaat ytimet tai erittäin epävakaa ytimet voidaan puuttua.
historiallisesti kokeita on verrattu suhteellisen karkeisiin malleihin, jotka ovat välttämättä epätäydellisiä. Mikään näistä malleista ei pysty täysin selittämään kokeellista tietoa ydinrakenteesta.
ydinsädettä (R) pidetään yhtenä perusmääristä, jotka minkä tahansa mallin on ennustettava., Vakaa ytimet (ei halo ytimet tai muita epävakaa vääristynyt ytimet) ydinvoima säde on suunnilleen verrannollinen kuution root massa numero (A) ydin, ja erityisesti ytimet sisältävät monia nucleons, koska ne järjestää enemmän pallomainen kokoonpanot:
vakaa ydin on suunnilleen vakio tiheys ja siksi ydinvoima säde R voidaan approksimoida seuraavalla kaavalla,
R = r 0 1 / 3 {\displaystyle R=r_{0}A^{1/3}\,}
missä A = Atomic massa numero (protonien lukumäärä Z, plus määrä neutroneja N) ja r0 = 1.25 fm = 1.25 × 10-15 m., Tässä yhtälössä ”vakio” r0 vaihtelee 0,2 fm, riippuen ydin kysymys, mutta tämä on vähemmän kuin 20% muutos jatkuvaa.
Toisin sanoen, pakkaus-protonit ja neutronit tumassa antaa noin sama koko tuloksen kuin pakkaus kovaa aloilla on jatkuva koko (kuten marmorit) tiukka pallomainen tai lähes pallomainen laukku (joitakin vakaa ytimet eivät ole aivan pallomainen, mutta tiedetään olevan prolate).,
Malleja ydin-rakenne ovat :
Neste pudota modelEdit
Varhainen malleja ydin tarkastella ydin, koska kiertävän nesteen pudota. Tässä malli, kauppa-off pitkän kantaman sähkömagneettiset voimat ja suhteellisen lyhyen kantaman ydinaseiden voimia, yhdessä aiheuttavat käyttäytymistä, joka muistutti pintajännitysvoimien nestemäistä tippaa eri kokoja., Tämä kaava on onnistunut selittämään monia tärkeitä ilmiöitä ytimet, kuten niiden muuttaminen määriä sitova energiaa kuin niiden koon ja koostumuksen muutoksia (ks semi-empiirinen massa kaava), mutta se ei selitä erityistä vakautta, joka tapahtuu, kun ytimet ovat erityinen ”magic numbers” protoneja tai neutroneja.
ehdot semi-empiirinen massa kaava, jota voidaan käyttää arvioitu sidosenergian monet ytimet, pidetään summa viisi eri energiamuotojen (ks.alla)., Sitten kuva nucleus kuin pisara incompressible nestettä karkeasti osuus on havaittu vaihtelu sitova energia ydin:
Määrä energiaa. Kun kokoonpano nucleons samaa kokoa on pakattu yhteen pienin määrä, jokainen sisustus nucleon on tietty määrä muita nucleons kosketuksiin sen kanssa. Tämä ydinenergia on siis verrannollinen tilavuuteen.
Pintaenergia. Nucleon pinnalla ydin on vuorovaikutuksessa vähemmän muita nucleons kuin yksi sisustus ydin ja siksi sen sitova energiaa on vähemmän., Tämä pintaenergiatermi ottaa tämän huomioon ja on siksi negatiivinen ja on verrannollinen pinta-alaan.
Coulombin Energia. Jokaisen protoniparin välinen sähköinen repulsio tumassa vähentää sen sitoutumisenergiaa.
Epäsymmetrinen energia (kutsutaan myös Pauli-energiaksi). Paulin syrjäytymisperiaatteeseen liittyvä energia., Jos se ei Coulombin energiaa, vakain muoto ydinvoima-asia on sama määrä neutroneja kuin protoneja, koska epätasainen määrä neutroneja ja protoneja tarkoita täyttö korkeamman energian tasoilla yhden tyypin hiukkanen, jättäen alempi energian tasoilla vapautunut muiden tyyppi.
Pariliitosenergia. Energia, joka on korjaus termi, joka syntyy taipumus protoni paria ja neutroniparit esiintyä. Parillinen hiukkasmäärä on paritonta lukua stabiilimpi.,
Kuori malleja ja muita quantum modelsEdit
useita malleja ydin on myös ehdotettu, että joka nucleons miehittää orbitaalit, paljon kuin atomi orbitaalit atomi fysiikka teoria. Nämä aalto malleja kuvitella nucleons olla joko sizeless kohta hiukkasia, mahdolliset kaivot, tai muuten todennäköisyys aallot kuten ”optinen malli”, frictionlessly kiertää suurella nopeudella mahdolliset kaivot.,
edellä malleja, nucleons voi miehittää orbitaalit pareittain, koska on fermions, joka mahdollistaa selitys jopa/pariton Z-ja N-vaikutukset tunnettu kokeiluja. Tarkka luonne ja kapasiteetti ydinvoiman kuoret eroaa niistä elektroneja atomi orbitaalit, pääasiassa koska mahdollisia no, joka nucleons liikkua (varsinkin suuremmissa ytimet) on aivan erilainen kuin keski-sähkömagneettinen potentiaali no, joka sitoo elektronit atomeista., Joitakin yhtäläisyyksiä atomic orbital malleja voidaan nähdä pieni atomin ytimen siltä, että helium-4, jossa kaksi protonia ja kaksi neutronia erikseen miehittää 1s-orbitaalit analoginen 1s silmäkuopan kaksi elektronia helium-atomi, ja saavuttaa epätavallinen vakautta samasta syystä. Ytimet 5 nucleons ovat kaikki erittäin epävakaa ja lyhytaikainen, vielä, helium-3, jossa 3 nucleons, on erittäin vakaa vaikka puute suljetun 1s silmäkuopan kuori. Toinen tuma 3 nucleons, triton vety-3 on epävakaa ja hajoaa osaksi helium-3, kun eristetty., Heikko ydinvoima vakauden 2 nucleons {NP} vuonna 1s silmäkuopan löytyy deuteron vety-2, jossa on vain yksi nucleon jokainen protoni ja neutroni mahdolliset kaivot. Vaikka jokainen nukleoni on fermion, {NP} deuteron on bosoni eikä näin ollen seuraa Paulin poissulkemista kuorien sisällä tapahtuvaa tiivistä pakkaamista varten. Litium-6, jossa on 6 nukleonia, on erittäin stabiili ilman suljettua toista 1p-kuoriorbitaalia. Kevyillä ytimillä, joiden kokonaisnukleoniluku on 1-6, vain niillä, joilla on 5, ei ole näyttöä stabiiliudesta., Havaintoja beta-vakautta kevyt ytimet ulkopuolella suljettu kuoret osoittavat, että ydinvoiman vakaus on paljon monimutkaisempi kuin yksinkertainen sulkeminen kuoren orbitaalit magic määrä protoneja ja neutroneja.
suurempia ytimiä, kuoret käytössä nucleons alkavat erota merkittävästi elektroni kuoret, mutta kuitenkin ydinvoimaa teoria ei ennusta magic numbers täynnä ydinvoiman kuoret sekä protonit ja neutronit. Sulkeminen vakaa kuoret ennustaa poikkeuksellisen vakaa kokoonpanoissa, analoginen jalo ryhmä lähes inertti kaasujen kemiaa., Esimerkki on vakaus suljettu kuori 50 protonia, jonka avulla tina on 10 vakaita isotooppeja, enemmän kuin mikään muu tekijä. Samoin etäisyys shell-sulkeminen selittää epätavallinen epävakaus isotooppeja, jotka ovat kaukana vakaa numeroita, nämä hiukkaset, kuten radioaktiivisten alkuaineiden 43 (teknetium) ja 61 (prometium), joista jokaista edeltää ja seuraa 17 tai enemmän vakaa elementtejä.
kuorimallissa on kuitenkin ongelmia, kun ydinominaisuudet yritetään ottaa huomioon kaukana suljetuista kuorista., Tämä on johtanut monimutkaisiin post hoc vääristymiä muoto potentiaalia hyvin sovi kokeellista tietoa, mutta kysymys on edelleen, onko näitä matemaattisia manipulointia oikeastaan vastaa paikkatietojen muodonmuutoksia todellinen ytimet. Ongelmia shell-malli on saanut jotkut ehdottaa realistinen kaksi-elin, ja kolme-elin ydinaseita vaikutuksia, joihin nucleon klustereita ja sitten rakentaa ydin tämän perusteella. Kolme tällaista klusterin mallit ovat 1936 Resonoi Ryhmän Rakenne malli John Wheeler, Close-Pakattu Spheron Malli Linus Pauling ja 2D Ising Malli MacGregor.,
Johdonmukaisuus modelsEdit
Kuten tapauksessa superfluid nestemäistä heliumia, atomiytimet ovat esimerkki valtion, jossa molemmat (1) ”tavallinen” hiukkasen fyysinen sääntöjen määrä ja (2) ei-intuitiivinen kvanttimekaniikan säännöt aalto-kuten luonnon soveltaa. In superfluid heliumia, helium-atomien tilavuus, ja lähinnä ”koskettavat” toisiaan, mutta samalla näytteille outoa irtotavarana ominaisuuksia, sopusoinnussa Bosen–Einsteinin kondensaatio., Nucleons vuonna atomiytimet myös näyttely aaltomainen luonne ja puute standardi nesteen ominaisuuksia, kuten kitkaa. Sillä ytimet on valmistettu hadronien, jotka ovat fermions, Bose-Einstein kondensaatio ei tapahdu, mutta tästä huolimatta monet ydinalan ominaisuuksia voidaan selittää vain sillä, samoin yhdistelmä ominaisuuksia hiukkasia, joiden tilavuus, lisäksi kitkatonta liikettä tyypillistä aaltomainen käyttäytyminen esineitä loukkuun Erwin Schrödingerin kvanttimekaniikan orbitaalit.