نیروی هستهای و انرژی بستگی هستهای
نیروی هستهای پروتونها و نوترونها را در هستهها به هم پیوند میدهد و انرژی آزاد شده در این پیوند، جرم و پایداری هستهها را تعیین میکند.
Definition
نیروی هستهای، برهمکنش بسیار جذاب و کوتاهبرد بین نوکلئونها است که آنها را در هستهها به هم پیوند میدهد، و انرژی بستگی هستهای، انرژی مورد نیاز برای تجزیه یک هسته به پروتونها و نوترونهای جداگانه آن است که معادل کسری از جرم هسته میباشد.
Scope
این موضوع نیروی هستهای قوی با برد کوتاه و مستقل از بار را پوشش میدهد که بر دافعه پروتونها غلبه کرده و هستهها را در کنار هم نگه میدارد. همچنین خاصیت اشباع که انرژی بستگی به ازای هر نوکلئون را تقریباً ثابت نگه میدارد و منحنی انرژی بستگی که در نزدیکی آهن به اوج خود میرسد، مورد بررسی قرار میگیرد. فرمول جرم نیمهتجربی که انرژیهای بستگی را پارامتربندی میکند و تصویر تبادل مزونی نیروی هستهای به عنوان برهمکنش قوی باقیمانده بین نوکلئونهای خنثی از نظر رنگ نیز در این مبحث گنجانده شده است.
Core questions
- ویژگیهای کلیدی نیرویی که نوکلئونها را به هم پیوند میدهد چیست؟
- چرا انرژی بستگی به ازای هر نوکلئون در نزدیکی آهن و نیکل به اوج خود میرسد؟
- چگونه فرمول جرم نیمهتجربی جرمهای هستهای را بازتولید میکند؟
- چگونه نیروی هستهای از برهمکنش قوی زیربنایی بین کوارکها ناشی میشود؟
Key concepts
- برد کوتاه و اشباع نیروی هستهای
- استقلال از بار
- انرژی بستگی به ازای هر نوکلئون
- نقص جرم و همارزی جرم-انرژی
- فرمول جرم نیمهتجربی
- تبادل مزون و نیروی قوی باقیمانده
Key theories
- نظریه تبادل مزونی یوکاوا
- یوکاوا پیشنهاد کرد که نیروی هستهای از تبادل مزونهای پرجرم بین نوکلئونها ناشی میشود، و جرم مزون، برد کوتاه برهمکنش را تعیین میکند، پیشبینیای که با کشف پیون تأیید شد.
- فرمول جرم نیمهتجربی
- فرمول انرژی بستگی قطره مایع وایزاکر، جملات حجمی، سطحی، کولنی، عدم تقارن و جفتشدگی را ترکیب میکند تا جرمهای هستهای را در سراسر نمودار نوکلیدها بازتولید کند.
Clinical relevance
منحنی انرژی بستگی توضیح میدهد که چرا انرژی با همجوشی هستههای سبک و شکافت هستههای سنگین آزاد میشود و مبنای کمی برای انرژی هستهای، سلاحهای هستهای و تولید انرژی ستارگان فراهم میکند.
History
پس از کشف نوترون در سال 1932 که تصویر پروتون-نوترون از هسته را ممکن ساخت، یوکاوا در سال 1935 پیشنهاد کرد که یک ذره تبادلی پرجرم، نیروی هستهای را واسطه میکند و مزون را پیشبینی کرد که بعدها به عنوان پیون شناسایی شد. در همان سال وایزاکر فرمول جرم نیمهتجربی را تدوین کرد و این ایدهها همچنان در درک بستگی هستهای، که اکنون به عنوان برهمکنش قوی باقیمانده توصیف شده توسط کرومودینامیک کوانتومی دیده میشود، محوری هستند.
Key figures
- Hideki Yukawa
- Carl Friedrich von Weizsacker
- Hans Bethe
Related topics
Seminal works
- yukawa1935
- weizsacker1935
Frequently asked questions
- چرا نیروی هستهای چنین برد کوتاهی دارد؟
- در تصویر یوکاوا، این نیرو توسط مزونهای پرجرم مانند پیون واسطه میشود. جرم ذره تبادل شده، مسافتی را که میتواند طی کند محدود میکند و نیروی هستهای قوی را به بردی در حدود چند فمتومتر محدود میسازد.
- انرژی بستگی به ازای هر نوکلئون چه چیزی را به ما میگوید؟
- این مقدار نشان میدهد که هر نوکلئون چقدر محکم بسته شده است. منحنی در نزدیکی آهن به اوج خود میرسد، بنابراین همجوشی هستههای سبکتر از آهن یا شکافت هستههای سنگینتر از آهن هر دو انرژی آزاد میکنند که اساس همجوشی ستارهای و شکافت هستهای است.