Visa fråga/svar

 

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18298]

Fråga:
Hej! Det har producerats isotopen Helium-2, dvs två protoner so håller ihop!, med en halveringstid(?) på ~10^-27 s och ett sönderfall till väte-2.

Hur sker det sönderfallet? En plusladdning försvinner och en neutron skapas. Energibalansen, hur är den? Skapas neutriner eller t o m absorberas från omgivningen? Och kan man verkligen säga att en isotop existerar när det gäller så korta tidrymder? (Beklagar den flerdelade frågan, men den rör ju ett och samma ämne.)
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Halveringstiden för diprotonen är nog lite längre än vad du säger, men systemet är obundet och sönderfaller till två protoner i princip så snabbt det går.

Det alternativa sönderfallet är ett vanligt betasönderfall, se fråga 15929 . Betasönderfallet har en enormt mycket lägre sannolikhet och förekommer i princip endast centrum av stjärnor. I stjärnor kolliderar protonerna hela tiden, och i en mycket liten andel av dessa kollisioner sker även ett betasönderfall till deuterium. Det är första steget i denna s.k. proton-proton kedja som reglerar hastigheten hos vätefusionen i stjärnor, se Proton-proton_chain_reaction .

Diprotonen har även observerats i ett par exotiska sönderfall, se Diproton .

Anledningen till att diprotonen är obunden är inte, som man skulle kunna tro, att protonerna repellerar varandra. Det gör de naturligtvis, men det är en i sammanhanget liten effekt. Den avgörande effekten är spinnberoendet hos kärnkraften som håller ihop neutroner och protoner i atomkärnorna, se Isotopes_of_helium#Helium-2_(diproton) .

Deuteronen (se nedanstående figur) har i sitt grundtillstånd spinn/paritet 1+. Detta åstadkoms genom att neutronens och protonens spinn (1/2) är riktade åt samma håll. Det lägsta exciterade tillståndet i deuterium, med spinnen antiparallellt, ligger över separationsenergin på 2.2 MeV och är alltså obundet.

För fallen diproton och dineutron är tillstånden med parallellt spinn förbjudna enligt pauliprincipen (Pauli_exclusion_principle ), eftersom två identiska fermioner (halvtaligt spinn) inte kan ockupera ett tillstånd med identiska kvanttal. Bosoner (partiklar med heltaligt spinn) behöver däremot inte lyda pauliprincipen.

Det som alltså orsakar att diprotonen, dineutronen och det första exciterade tillståndet i 2H är obundna är alltså att kraftverkan mellan två nukleoner med parallellt spinn är större än när spinnen är antiparallella. Om denna senare kraftverkan bara hade varit lite starkare så hade diprotonen varit bunden. Man hade då fått en helt ohämmad fusion av protoner så att stjärnor knappast hade kunnat bildas.

Se även fråga 20615 .



/Peter E

Nyckelord: bindningsenergi [20]; kärnkrafter [7]; pauliprincipen [10];

*

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.