Todos sabemos que la densidad del núcleo es muy alta.
Los núcleos están formados por protones y neutrones, y mientras que los protones tienen la misma carga, están empacados en un núcleo. ¿Cómo la repulsión entre protones no rompe el núcleo?
Respuestas
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deepakm
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Puesto que la fuerza gravitacional entre dos protones es insignificante debe haber otra fuerza que sostiene el núcleo juntos. Esta es la fuerza nuclear fuerte, que como el nombre sugiere, es extremadamente fuerte, pero también es extremadamente corto alcance y por lo que los efectos sólo se sintió en la escala de los núcleos y bariones. Como se puede ver en el gráfico, si dos protones enfoque de cada uno de los otros se repelen debido a la repulsión electrostática pero una vez que dentro de unos $\mathrm{3~fm}$ de cada uno de los otros la fuerza nuclear fuerte comienza a ser significativa y en torno $\mathrm{2~fm}$ empieza a superar la repulsión electrostática y se unen los dos protones juntos.
También es interesante notar que incluso en distancias cortas la fuerza nuclear fuerte es repulsivo y así existe una posición de equilibrio, se indica en el gráfico, donde la nuclear fuerte atracción y la repulsión electrostática son iguales en magnitud y de modo que la fuerza neta sobre el protones es igual a cero.
Tenga en cuenta que el gráfico que se muestra es para dos protones y así en los núcleos con más de dos protones, los números serán diferentes, pero el principio es el mismo.
Akash Ramani
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178
Los protones y los neutrones en un núcleo están constantemente emitiendo y absorbiendo pequeñas partículas. Cuando uno de los nucleones emite una partícula llamada "meson" que otro nucleón absorbe, una fuerza fuerte entre los dos nucleones resultados. Esto es llamado (curiosamente) la fuerza nuclear fuerte1, y es lo suficientemente fuerte como para contrarrestar la poderosa electrostática de repulsión de los protones en un núcleo.
Nota: El moderno explicación es más rico y más complejo que esto. Desde los años 70 estos "mesones" se han entendido a estar compuesto por partículas más pequeñas llamadas quarks y gluones, que son también los bloques de construcción de los nucleones. De hecho, la fuerza fuerte no sólo se unen el núcleo juntos; tiene los quarks, protones y neutrones juntos, también. El contemporáneo explicación de la interacción fuerte es en el ámbito de la cromodinámica cuántica, y en realidad más allá del ámbito de la química. Usted puede leer más acerca de esto aquí.
La producción y la destrucción del mensajero mesones viola la ley de conservación de la de la masa y la energía! Sin embargo, si la partícula mensajera tiene un muy corto de toda la vida, y tan sólo existe durante un tiempo muy corto dentro de un espacio muy pequeño, la partícula puede existir dentro de los límites fijados por el principio de incertidumbre. Las partículas de este tipo son llamadas partículas virtuales.
Los núcleos son muy pequeñas (del orden de femtometers de radio), por lo que el intervalo de la fuerza nuclear fuerte debe ser muy pequeño. Usted puede hacer una copia-de-la-envoltura estimación del intervalo de la forma siguiente.
El principio de incertidumbre dice que no se puede exactamente determinar la posición y el impulso de una pequeña partícula simultáneamente:
$$\sigma_x \, \sigma_p\ge \frac{\hbar}{2}$$
donde $\sigma_x$ $\sigma_p$ son de la incertidumbre en la posición y el momentum de una partícula, y $\hbar$ es la reducción de la constante de Planck. Dado que la masa del mesón que interviene la fuerza fuerte es $m \approx 2.4\times 10^{−28}$ kg, y la incertidumbre en la velocidad no puede ser mayor que la velocidad de la luz $c$, se puede calcular el $m c$ como límite en $\sigma_p$.
Usted puede entonces estimar el $\sigma_x$, la cual debe estar relacionada con la distancia máxima en la que un mesón puede existir a partir de los nucleones que lo generó, sin violar el principio de incertidumbre, o el universal de límite de velocidad:
$$\sigma_x \approx \frac{\hbar}{2 m c} = 0.7\ \text{fm}$$
Ese es el orden de magnitud de la gama de la fuerza nuclear fuerte; también se trata de la distancia entre los nucleones en el núcleo, y sobre 6/10ths de los clásicos de radio de un protón.
1. Hay diferentes nucleares fuerza llamada fuerza nuclear débil, que desempeña un papel en la fisión y la desintegración radiactiva, por lo que llamar simplemente "fuerza nuclear" podría ser un poco ambiguo.
Craig H
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Coulomb de la electrostática de repulsión entre dos protones es muy grande en comparación a la fuerza gravitacional de atracción entre ellos. Por lo tanto, como usted lo entiende correctamente, si Coulomb es repulsivo y gravitacional fuerzas de atracción son las únicas fuerzas que operan en el interior del núcleo, no puede ser estable. La estabilidad del núcleo ha sido atribuido a la existencia de un tercer tipo de fuerza en el interior del núcleo de la llamada fuerza Nuclear.
Referencia: Moderno del abc de la Física por Satish K. Gupta, Parte 2, de la Clase 12.
