Ligação Nuclear e a Força Nuclear

A força nuclear liga prótons e nêutrons em núcleos, e a energia liberada em sua ligação governa as massas e a estabilidade nucleares.

Definition

A força nuclear é a interação de curto alcance e fortemente atrativa entre nucleões que os liga em núcleos, e a energia de ligação nuclear é a energia necessária para desmembrar um núcleo em seus prótons e nêutrons separados, equivalentemente o déficit de massa do núcleo.

Scope

Este tópico aborda a força nuclear forte de curto alcance e independente de carga que supera a repulsão protônica para manter os núcleos unidos, a propriedade de saturação que mantém a energia de ligação por núcleo aproximadamente constante, e a curva de energia de ligação que atinge o pico próximo ao ferro. Ele trata da fórmula de massa semiempírica que parametriza as energias de ligação e da imagem de troca de mésons da força nuclear como a interação forte residual entre nucleões neutros em cor.

Core questions

• Quais são as propriedades-chave da força que liga os nucleões?
• Por que a energia de ligação por nucleão atinge o pico próximo ao ferro e níquel?
• Como a fórmula de massa semiempírica reproduz as massas nucleares?
• Como a força nuclear surge da interação forte subjacente entre quarks?

Key concepts

• Curto alcance e saturação da força nuclear
• Independência de carga
• Energia de ligação por nucleão
• Defeito de massa e equivalência massa-energia
• Fórmula de massa semiempírica
• Troca de mésons e força forte residual

Key theories

Teoria de troca de mésons de Yukawa

Yukawa propôs que a força nuclear surge da troca de mésons massivos entre nucleões, com a massa do méson definindo o curto alcance da interação, uma previsão confirmada pela descoberta do píon.

Fórmula de massa semiempírica

A fórmula de energia de ligação de gota líquida de Weizsacker combina termos de volume, superfície, Coulomb, assimetria e emparelhamento para reproduzir as massas nucleares em todo o gráfico de nuclídeos.

Clinical relevance

A curva de energia de ligação explica por que a energia é liberada pela fusão de núcleos leves e pela fissão de núcleos pesados, fornecendo a base quantitativa para a energia nuclear, armas nucleares e geração de energia estelar.

History

Após a descoberta do nêutron em 1932, que tornou possível a imagem próton-nêutron do núcleo, Yukawa propôs em 1935 que uma partícula de troca massiva media a força nuclear, prevendo o méson posteriormente identificado como o píon. No mesmo ano, Weizsacker formulou a fórmula de massa semiempírica, e essas ideias permanecem centrais para a compreensão da ligação nuclear, agora vista como a interação forte residual descrita, em última análise, pela cromodinâmica quântica.

Key figures

• Hideki Yukawa
• Carl Friedrich von Weizsacker
• Hans Bethe

Seminal works

• yukawa1935
• weizsacker1935

Frequently asked questions

Por que a força nuclear tem um alcance tão curto?

Na imagem de Yukawa, a força é mediada por mésons massivos, como o píon. A massa da partícula trocada limita a distância que ela pode percorrer, confinando a força nuclear forte a um alcance de alguns femtômetros.

O que a energia de ligação por nucleão nos diz?

Ela mede o quão fortemente cada nucleão está ligado. A curva atinge o pico próximo ao ferro, então a fusão de núcleos mais leves que o ferro ou a fissão de núcleos mais pesados que o ferro liberam energia, o que é a base da fusão estelar e da fissão nuclear.