Núcleo atômico (Português)

Embora o modelo padrão da física, acredita-se que descrevem completamente a composição e o comportamento do núcleo, gerando previsões da teoria é muito mais difícil do que para a maioria das outras áreas da física de partículas. Isto é devido a duas razões:

• Em princípio, a física dentro de um núcleo pode ser derivada inteiramente da cromodinâmica quântica (QCD). Na prática, porém, as abordagens computacionais e matemáticas atuais para resolver QCD em sistemas de baixa energia, como os núcleos, são extremamente limitadas., Isto é devido à transição de fase que ocorre entre a matéria quark de alta energia e a matéria hadrónica de baixa energia, o que torna as técnicas perturbativas inutilizáveis, tornando difícil a construção de um modelo preciso derivado de QCD das forças entre nucleons. As abordagens atuais são limitadas a modelos Fenomenológicos como o potencial de Argonne v18 ou a teoria do campo efetivo quiral.
• mesmo que a força nuclear seja bem limitada, uma quantidade significativa de energia computacional é necessária para calcular com precisão as propriedades dos núcleos ab initio., Desenvolvimentos na teoria de muitos corpos tornaram isso possível para muitos núcleos de baixa massa e relativamente estáveis, mas melhorias adicionais tanto em poder computacional e abordagens matemáticas são necessárias antes de núcleos pesados ou núcleos altamente instáveis podem ser enfrentados.historicamente, os experimentos foram comparados a modelos relativamente brutos que são necessariamente imperfeitos. Nenhum destes modelos pode explicar completamente os dados experimentais sobre a estrutura nuclear.

  o raio nuclear (R) é considerado uma das quantidades básicas que qualquer modelo deve prever., Para os núcleos estáveis (não de halo, núcleos ou outras instável distorcida núcleos) nuclear, o raio é aproximadamente proporcional à raiz cúbica do número de massa (A) do núcleo, e, particularmente, em núcleos com muitos núcleos, como eles se organizar em mais esférica configurações:

  O núcleo estável tem aproximadamente uma densidade constante e, portanto, a nuclear raio R pode ser aproximado pela seguinte fórmula,

  R = r 0 1 / 3 {\displaystyle R=r_{0}A^{1/3}\,}

  a, onde A = número de massa Atômica (número de prótons Z, mais o número de nêutrons N) e r0 = 1.25 fm = 1.25 × 10-15 m., Nesta equação, a” constante ” r0 varia 0,2 fm, dependendo do núcleo em questão, mas isso é menos de 20% de mudança de uma constante.por outras palavras, a embalagem de protões e neutrões no núcleo dá aproximadamente o mesmo resultado total que a embalagem de esferas duras de tamanho constante (como mármores) num saco esférico ou quase esférico apertado (alguns núcleos estáveis não são completamente esféricos, mas são conhecidos como prolatos).,os modelos de estrutura nuclear incluem :

  modelEdit de queda líquida

  Main article: semi-empirical mass formula

  early models of the nucleus viewed the nucleus as a rotating liquid drop. Neste modelo, a troca de forças eletromagnéticas de longo alcance e forças nucleares de curto alcance, juntas, causam comportamento que se assemelhava às forças de tensão superficial em gotas líquidas de diferentes tamanhos., Esta fórmula é bem sucedida em explicar muitos fenômenos importantes de núcleos, tais como suas quantidades variáveis de energia de ligação como seu tamanho e composição mudanças (ver fórmula semi-empírica de massa), mas não explica a estabilidade especial que ocorre quando os núcleos têm números mágicos especiais de prótons ou nêutrons.

  os Termos na fórmula semi-empírica de massa, que pode ser usada para aproximar a energia de ligação de muitos núcleos, são considerados como a soma de cinco tipos de energias (ver abaixo)., Em seguida, a imagem de um núcleo como uma gota de líquido incompressível explica aproximadamente a variação observada da energia de ligação do núcleo:

  energia de Volume. Quando um conjunto de núcleos do mesmo tamanho é embalado em conjunto no menor volume, cada núcleo interior tem um certo número de outros núcleos em contato com ele. Então, esta energia nuclear é proporcional ao volume.energia de superfície. Um núcleo na superfície de um núcleo interage com menos outros núcleos do que um no interior do núcleo e, portanto, sua energia de ligação é menor., Este Termo de energia superficial leva isso em conta e é, portanto, negativo e é proporcional à área superficial.energia de Coulomb. A repulsão elétrica entre cada par de prótons em um núcleo contribui para diminuir sua energia de ligação.energia assimétrica (também chamada de energia Pauli). Uma energia associada ao princípio de exclusão de Pauli., Se não fosse a energia de Coulomb, a forma mais estável de matéria nuclear teria o mesmo número de nêutrons que prótons, uma vez que números desiguais de nêutrons e prótons implicam o preenchimento de níveis de energia mais elevados para um tipo de partícula, deixando níveis de energia mais baixos vagos para o outro tipo.energia de emparelhamento. Uma energia que é um termo de correção que surge da tendência dos pares de prótons e pares de nêutrons para ocorrer. Um número par de partículas é mais estável do que um número ímpar.,

  modelos de concha e outros modelsEdit quânticos

  artigo principal: modelo de concha Nuclear

  um número de modelos para o núcleo também foram propostos em que os nucleons ocupam orbitais, muito como os orbitais atômicos na teoria da física atômica. Estes modelos de ondas imaginam que os núcleos sejam partículas pontuais sem tamanho em potenciais poços, ou então ondas de probabilidade como no “modelo óptico”, orbitando sem fricção em alta velocidade em potenciais poços.,

  nos modelos acima, os nucleons podem ocupar orbitais em pares, devido a serem férmions, o que permite a explicação dos efeitos par/ímpares Z e N bem conhecidos de experimentos. A natureza exata e a capacidade das Conchas nucleares diferem das DOS elétrons em orbitais atômicos, principalmente porque o poço potencial no qual os nucleons se movem (especialmente em núcleos maiores) é bastante diferente do potencial eletromagnético central que liga elétrons em átomos., Algumas semelhanças com modelos orbitais atômicos podem ser vistas em um pequeno núcleo atômico como o do hélio-4, no qual os dois prótons e dois nêutrons separadamente ocupam orbitais 1s análogos ao orbital 1s para os dois elétrons no átomo de hélio, e alcançar estabilidade incomum pela mesma razão. Os núcleos com 5 núcleos são extremamente instáveis e de curta duração, mas o hélio-3, com 3 núcleos, é muito estável, mesmo com a falta de uma concha orbital de 1s fechada. Outro núcleo com 3 núcleos, o tritão hidrogênio-3 é instável e se decomporá em hélio-3 quando isolado., A fraca estabilidade nuclear com 2 nucleons {NP} no orbital 1s é encontrada no deuteron hidrogênio-2, com apenas um núcleo em cada um dos poços de potencial de prótons e nêutrons. Enquanto cada núcleo é um férmion, o deuteron {NP} é um bosão e, portanto, não segue a exclusão de Pauli para embalagem próxima dentro de conchas. Lítio-6 com 6 nucleons é altamente estável sem um segundo orbital de 1p fechado. Para núcleos leves com números de núcleos totais de 1 a 6 apenas aqueles com 5 não mostram alguma evidência de estabilidade., Observações de beta-estabilidade de núcleos de luz fora de conchas fechadas indicam que a estabilidade nuclear é muito mais complexa do que o simples fechamento de orbitais de concha com números mágicos de prótons e nêutrons.

  para núcleos maiores, as conchas ocupadas por nucleons começam a diferir significativamente das conchas elétricas, mas, no entanto, a teoria nuclear atual prevê os números mágicos de conchas nucleares cheias para protões e nêutrons. O fechamento das Conchas estáveis prevê configurações invulgarmente estáveis, análogas ao grupo nobre de gases quase inertes em Química., Um exemplo é a estabilidade da concha fechada de 50 prótons, que permite que o estanho tenha 10 isótopos estáveis, mais do que qualquer outro elemento. Do mesmo modo, a distância do fecho da concha explica a instabilidade incomum dos isótopos que têm um número muito distante de números estáveis dessas partículas, tais como os elementos radioativos 43 (tecnécio) e 61 (promécio), cada um dos quais é precedido e seguido por 17 ou mais elementos estáveis.

  no entanto, existem problemas com o modelo shell quando uma tentativa é feita para dar conta de propriedades nucleares bem longe de conchas fechadas., Isto levou a complexas distorções post hoc da forma do potencial para se encaixar bem em dados experimentais, mas a questão permanece se essas manipulações matemáticas realmente correspondem às deformações espaciais em núcleos reais. Problemas com o modelo shell levaram alguns a propor efeitos realistas de força nuclear de dois e três corpos envolvendo aglomerados de núcleos e, em seguida, construir o núcleo nesta base. Três desses modelos são o modelo de estrutura de grupo ressonante de 1936 de John Wheeler, modelo Spheron de Linus Pauling e o modelo 2D Ising de MacGregor.,

  consistência entre modelsEdit

  artigo principal: estrutura Nuclear

  como no caso do hélio líquido superfluido, os núcleos atômicos são um exemplo de um estado no qual tanto (1) Regras físicas de partícula “ordinárias” para volume e (2) Regras de mecânica quântica não intuitivas para uma natureza de onda. Em hélio superfluido, os átomos de hélio têm volume, e essencialmente “tocam” um ao outro, mas ao mesmo tempo exibem propriedades de massa estranhas, consistentes com uma condensação de Bose–Einstein., Os nucleons em núcleos atômicos também exibem uma natureza ondulante e não possuem propriedades fluidas padrão, tais como atrito. Para núcleos feitos de Hádrons que são férmions, a condensação de Bose-Einstein não ocorre, no entanto, muitas propriedades nucleares só podem ser explicadas similarmente por uma combinação de propriedades de partículas com volume, além do movimento sem fricção característica do comportamento de onda de objetos presos nos orbitais quânticos de Erwin Schrödinger.