衆多帶正電的質子,是如何實現原子核結構穩定的呢?

3級粒子

簡單地說,因為還有中子(原子核是由質子和中子組成的)。複雜點說,是因為夸克之間的強相互作用(質子和中子都是由夸克組成的)。

質子由兩個上夸克(圖中的u)和一個下夸克(圖中的d)組成,中子由一個上夸克兩個下夸克組成,上夸克帶+2/3電荷,下夸克帶-1/3電荷,所以質子帶+1電荷,中子帶0電荷(也就是電中性),質子之間的排斥根本上是夸克之間的電磁力。

如果夸克之間只有電磁力(通過傳遞光子實現),那麼連質子本身都是不穩定的,更不要提原子核了。但幸運的是夸克之間還有強力(通過傳遞膠子來實現),其強度是電磁力的173倍(質子尺度上),強力使得三個夸克牢牢地捆綁在一起,基本無視它們之間的電磁力,保證了質子和中子的穩定。

當一堆質子和中子靠的很近時,它們的夸克之間也會有強力把彼此捆綁在一起,保證了原子核的穩定性。不過這種強力是夸克組成質子和中子之後“剩餘的”,強度會打一些折扣,當質子數很多時,就和電磁力相當了,這也是一些質子數多的原子核不穩定的原因。一個有趣現象是除了氫和氦原子核,其它原子核的中子數都要多於質子數,就是因為中子電中性,但是強力還在,有助於抵消質子之間的斥力。


九維空間

看看吧這是孔徑光柵顯微鏡拍攝的錫原子視頻

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孔徑光柵顯微鏡拍原子

量子與引力

在原子核內,所有質子之間都有一個最小間距(約1.6x10- );而核內中子的存在與多少正是為了滿足核內質子之間的最小間距,否則相應的那個質子就會變為中子。

其實,核內所有中子也必須依賴相應質子提供的剩餘交換營養而長壽命(一個質子提供的剩餘營養大約可滿足1.6個左右的相應中子需求。

筆者於一九九0年十月參加的《中國第八次原子原子核物理研討會》提出了《原子核雙殼層模型》。但是未能被大會認可。藉此機會再次提出《原子核雙殼層模型》概念一一原子核內所有中子組成原子核的內骨架殼層;從九號元素開始,原子核內出現空心,比如八二號鉛元素的核內空心可容納下一個鈣元素了;原子核內所有質子都依賴相應的中子內骨架為依託組成原子核的外質子殼層,所有質子的S端都指向核外形成強大的核內正負電荷的交換場所;所有核外負電子遠離原子核形成大範圍的電子雲好比人類的肺吸收氧氣一樣,充分吸收‘引力子`與質子S端的正電荷共同完成原子核內基本粒子的一一新存代謝……!


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現在認為的有四種基本的力,萬有引力,電荷之間的作用力,強相互作用力,弱相互作用力,質子之間是電荷之間的斥力,不過在距離很接近的時候(10-15次方米),強相互作用力會起作用,質子和中子之間都會有強相互作用力,穩定原子核。中子星就是靠強相互作用力的,由於沒有質子之間的斥力,中子星可以很大。


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