La pregunta 7584 ilustró un procedimiento para pronosticar las tasas de descomposición de los isótopos con tiempos de vida promedio largos conocidos. Las vidas de los muchos isótopos U varían de micosegundos a gigayears. F tiene solo un isótopo estable, mientras que Sn tiene 10. Los principios del modelo estándar pueden usarse para predecir la estabilidad de los isótopos y el promedio de vida útil de los isótopos inestables, o esto solo puede hacerse mediante medición.
Respuestas
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Las fuerzas nucleares son una compleja amalgama de principalmente Cromodinámica Cuántica fuerzas y los electromagnéticos, pero para tratar con el esquematizado forma de calcular en la Teoría Cuántica de campos, no es posible. La fuerza débil responsable de desintegraciones beta debe ser también en los cálculos.Demasiado muchos diagramas y muy complicado.
Mecánica cuántica modelos con un potencial para la estimación de las fuerzas colectivas se utilizan para ello. La física Nuclear ha sido el uso de varios modelos de éxito, como la cáscara de modelo. para predecir los niveles de energía en los núcleos.
Formas de estimación de tiempos de vida son enseñados en ingeniería nuclear, por ejemplo:
Los Resultados del curso: los Estudiantes deben ser capaz de... calcular las consecuencias de la radiactivos crecimiento y decadencia, y las reacciones nucleares. calcular las estimaciones de masas nucleares y la energética basado en datos empíricos y nuclear modelos. calcular las estimaciones de la vida útil de las nucleares los estados que son inestables a la alfa,beta y gamma de la decadencia y la interna de conversión basado en la teoría de la simple nucleares modelos. nuclear de uso de los modelos para predecir el bajo nivel de energía la estructura y el nivel de energías.
Nick
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583
En principio, el Modelo Estándar contiene la respuesta a todas estas preguntas acerca de la vida media. En la práctica, es imposible calcular en este punto - por lo que yo sé.
Sin embargo, es muy fácil de explicar por qué la vida lapso de tal manera exponencial enorme intervalo de posibles escalas de tiempo. He aquí por qué.
Un alfa-decadencia - y sólo alfa-descomposición de los núcleos con "larga duración" vida media se explica por el simple argumento de abajo - puede ser aproximada como el confinamiento y de túnel cuántico de una partícula alfa.
Imagina que un gran núcleo de $M$ decae a un menor $N$ y una partícula alfa: $$ M \to N + \alpha$$ En este contexto, $M$ puede ser visto como un estado asociado de $N$$\alpha$. La partícula alfa es confinado por el atractivo potencial del núcleo $N$. Sin embargo, sabemos que esta obligado el estado no es del todo estable - se desintegra. De ello se deduce que un $N$, además de una libre $\alpha$ debe tener una baja total de la masa/energía.
En consecuencia, el estado asociado de $N$$\alpha$, y eso es lo que se llama $M$, debe ser metaestable y la partícula alfa es confinado por un potencial de pared. Clásicamente, se quedaría allí para siempre. Mecánica cuántica, no es de túnel cuántico. Hay un valor distinto de cero probabilidad de que la partícula alfa túneles a través de los potenciales de la pared y sale. Sin embargo, la tasa de este evento es infinitamente pequeño, porque la función de onda, tener un imaginario impulso interior el potencial de la pared (el negativo de la energía cinética necesaria para ir a través de la pared), disminuye exponencialmente en la pared.
La probabilidad o tasa de desintegración $\Gamma$ es entonces comparable a $$ \Gamma = dP/dt \sim \exp (-V/V_0) \times (10^{-24}{\rm seconds})^{-1} $$ donde $V$ es el total de "grosor" de la potencial creado por el núcleo de la $N$ dentro del estado enlazado $M$, e $V_0$ es típica de QCD-unidad de escala de tal espesor. Para obtener las dimensiones correctas, yo también incluyó $10^{-24}$ de los segundos como el típico "QCD escala de tiempo". Sin embargo, como se puede ver, la vida media de los isótopos será exponencialmente mayor. Relativamente moderados cambios de $V/V_0$ - de 20 a 100 - puede cambiar la vida de una fracción de un segundo a miles de millones de años.
Este patrón cualitativo es, seguramente, se entiende bien. De hecho, los presupuestos aproximados de la vida puede ser hecho por los modelos en física nuclear, y los modelos pueden ser de al menos aproximadamente se mostró compatible con el Modelo Estándar. Pero nadie ha calculado que la vida media del uranio-235 a través de un estado asociado de muchos de los quarks y los gluones - por lo que yo sé. También, sin embargo, no hay un solo atisbo de una clara discrepancia.
Bueno, yo estaba haciendo un poco de trampa: incluso desintegración beta puede conducir a la increíblemente larga duración. Un ejemplo es el potasio-40 que puede decaer por cualquiera de los tres tipos de la desintegración beta - y su vida es aún más de un mil millones de años. Microscópicamente, la desintegración beta es un poco diferente a la de alpha decay, ya que requiere una transformación real de los tipos de partículas - no sólo un estado diferente de protones y neutrones, movimiento y posición.
En el mismo momento, la desintegración beta es un poco más sencillo porque su "microscópico proceso de" es solo una débil interacción vértice con un W-boson - y el resto del núcleo es menor cambiado (solo 1 nucleón se añade, asesinado, en lugar de 4). En cierto sentido, la beta se desintegra combinar el quantum de túnel de arriba con los de primaria W-boson-inducida por la interacción débil y que puede tener muy diversas vidas, también.
