Apakah Waktu Radiasi Partikel Alfa Acak Sempurna?
Misalkan seseorang memiliki atom tunggal dari isotop radioaktif yang meradiasikan partikel Alfa.
Saya akan menerima bahwa waktu ketika partikel Alpha itu memancar benar-benar acak, ketika atom diisolasi dengan sempurna dari lingkungan luarnya.
Tetapi tidak jelas bagi saya bahwa satu atom pernah terisolasi dengan sempurna. Dan sepertinya atom tunggal, yang terisolasi sempurna, mungkin berada pada nol mutlak dan oleh karena itu saya merasa tidak nyaman menerima bahwa itu masih tidak stabil.
Dan saya akan menebak bahwa suhu sekitar lingkungan atom, dalam istilah fotonik (misalkan atom berada dalam oven benda hitam), naik hingga tak terbatas dalam waktu yang terbatas, isotop akan "meletus" seperti popcorn dengan kepastian 100% di dalam finite. selang.
Namun, saya akan menerima bahwa ada tingkat keacakan dalam hal kapan atom akan memancarkan partikel Alpha-nya ... dalam interval berhingga.
Tapi itu hanya tebakan. Apa hubungan antara panas dan atom tunggal yang memancarkan partikel Alfa dalam oven benda hitam yang dibawa ke suhu "kira-kira tak terbatas" dari nol mutlak dalam waktu terbatas?
Saya rasa saya perlu mengklarifikasi pertanyaan saya agar dapat ditafsirkan pada tingkat pengetahuan yang sesuai agar pembelajaran terjadi:
Semua pertanyaan saya benar-benar berarti: apakah radiasi fotonik memodulasi frekuensi empiris dari perjalanan acak atom dengan menghasilkan, pada satu atom tanpa tetangga untuk memukulnya, perbedaan dalam kemungkinan emisi ketika Anda kisaran suhu dari 0 hingga amplitudo tak terbatas ( Tidak frekuensi tak terbatas ). Saya akan mengatakan bahwa, dari perspektif mana pun, "tak terhingga" mungkin menyebabkan partikel alfa keluar adalah hipotesis nol yang baik, dan idenya adalah untuk mengeksplorasi di mana teori berhenti dan beberapa perilaku baru dimulai.
Intuisi saya tentang pengertian panas dalam nukleus bukanlah panas mekanis statistik. Juga bukan panas benda hitam fotonik . Juga, sebagai catatan tambahan, saya sebenarnya tidak menganggap sinar gamma sebagai radiasi fotonik karena ejeksi mereka dari inti.
Notion of Heat in a Nucleus mari kita kunci ini dengan cara yang kompatibel standar sehingga pertanyaan ini tidak bergelombang, maju.
Pengertian panas dalam inti, seperti yang saya maksudkan, didefinisikan sebagai berikut:
Mengingat keadaan inti atom tertentu pada 273 derajat kelvin dalam oven benda hitam dan dilindungi dari semua tabrakan partikel melalui beberapa teknik eksperimental, kami mendefinisikannya sebagai satu unit pengukuran.
Jika saya menyusun banyak unit atom ini di bawah kondisi yang sama, saya berharap untuk mengamati waktu paruh tertentu ketika atom yang dimaksud adalah pemancar partikel alfa.
Definisi "panas atom orang awam", yang ingin saya bahas di sini, adalah variasi yang bertentangan dengan harapan paruh emisi tersebut.
Misalnya, jika saya menempatkan array unit pengukuran ini di orbit, mengukurnya terhadap array di sini di permukaan tanah, saya akan mengamati " suhu lebih rendah " di permukaan tanah, karena relativitas umum: Saya akan mengukur setengah lagi kehidupan di permukaan tanah daripada di orbit, dalam satuan detik yang diukur di permukaan tanah.
Jadi, oleh karena itu, apa yang terjadi jika saya memiliki array unit pengukuran ini pada suhu standar ... dan array lain dari unit ini mengalami penguat yang persisten pada frekuensi pilihan Anda antara 150nm dan 11000nm (atau mungkin lebih kecil, tetapi tidak pada panjang gelombang gamma) sehubungan dengan waktu paruh yang diamati dalam unit pengukuran sebagai suhu semu, dalam istilah radiasi fotonik, meningkat dari nol hingga tak terbatas?
Nyatanya, saya melihat keberadaan sinar gamma sedikit banyak sebagai bukti bahwa panas fotonik memanipulasi inti atom. Tapi, Anda harus membatasi pengujian Anda pada satu atom untuk memastikan tidak ada tetangga usil yang menusuk atom melalui panas gaya mekanik statistik untuk menghasilkan emisi.
Interpretasi pribadi saya tentang panas dalam nukleus mengikuti interpretasi model markov atom:
Seorang pejalan acak yang memiliki distribusi probabilitas sehubungan dengan ke mana dia melangkah, tetapi mengambil langkah nol dalam satu unit waktu tidak mungkin menemukan keadaan probabilitas rendah (katakanlah, emisi partikel alfa, partikel beta, atau foton gamma).
Pejalan acak yang mengambil banyak langkah per satuan waktu akan lebih sering memasuki keadaan yang tidak terduga, dan memancarkan partikel / sinarnya.
Faktanya, kami menggunakan properti ini untuk membuktikan relativitas umum: jika kita mempercepat atau memperlambat bahan radioaktif, kita bisa mendapatkan lebih sedikit atau lebih banyak emisi radioaktif.
Jadi, pada dasarnya, kita bisa melakukan apa yang saya minta (meningkatkan "panas" inti) hanya dengan meletakkannya di dalam kotak, di pesawat, dan menerbangkannya.
Yang ingin saya ketahui adalah: dapatkah kita melakukannya dengan laser amplitudo tinggi. Laser menyiratkan panjang gelombang dari 150 nm hingga 11000 nm. Oleh karena itu, laser sama sekali tidak ada hubungannya dengan sinar gamma, dan istilah tersebut digunakan secara tidak benar pada saat itu.
Saya tidak tahu bagaimana Anda akan membuat dioda pemancar gamma. Mungkin Anda akan memukulnya dengan dioda pemancar cahaya terkonsentrasi, yang pada dasarnya adalah apa yang saya tanyakan di sini.
Hal-hal yang baru bagi saya:
Tidak ada foton yang dapat menembus inti kecuali memiliki panjang gelombang yang cukup kecil
- Tetapi tidak jelas apakah foton perlu menembus inti untuk mempengaruhi interiornya. Jelas, sebuah inti dapat dipindahkan, diguncang, dan diputar dengan berinteraksi dengan kulit elektronnya. Dan, tidak jelas bagi saya bahwa putaran, getaran, dan dinamika foton-> kulit-> nukleus lainnya tidak dapat melakukan apa pun untuk mempengaruhi "berjalan acak" dari interior inti.
Mengapa? Karena menurut saya nukleus seharusnya dapat mempengaruhi dirinya sendiri. Jelas, jika kulit elektron digerakkan, nukleus juga ikut bergerak. Tidak hanya itu: nukleus "tahu" ia bergerak, karena gerakan itu dilawan oleh kelembaman - informasi yang harus dipancarkan nukleus kepada kita, pemercepat. ( Saya berbicara dalam istilah abstrak sekarang )
Ketika nukleus berakselerasi hingga tak terbatas, kita telah menerima semua informasi inersia yang mungkin dipancarkan nukleus, relatif terhadap kita, dan nukleus tidak akan pernah mengalami transisi keadaan (langkah acak) relatif terhadap kita, selamanya. (ini adalah relativitas, di inti).
Jadi, yang jelas, jika kita ingin mendapatkan emisi, paling tidak kita bisa menambahkan daya sinyal inersia (memperlambatnya).
Pertanyaan saya berjumlah, pada tingkat tinggi: apakah ada mekanisme lain yang akan memodulasi laju emisi selain, jelas, memukulnya dengan partikel atau positron.
Perhatikan bahwa memukulnya dengan positron sepertinya akan menghasilkan sinar gamma yang dibutuhkan ... dan memberikan energi yang cukup untuk menghantam inti akan menyebabkan proton menjadi neutron dan memancarkan sepasang foton gamma ke dalam inti .. .apa yang terjadi selanjutnya saya tidak tahu.
- (: subnote) bahwa seseorang tidak perlu memberikan elektron energi yang besar agar hal ini terjadi. Memberikan energi apapun pada elektron kulit akan meningkatkan kemungkinan non-negatif elektron tiba-tiba akan "berada" di dalam nukleus, menyebabkan peristiwa pemusnahan, sebuah neutron terbentuk, sepasang sinar gamma memantul di sekitar inti, ( dan partikel alfa untuk keluar? ). Dan jika tidak ada yang keluar, maka orang akan berasumsi bahwa, dengan mekanisme yang tidak diketahui, kemungkinan emisi telah berubah.
Bagaimanapun, berdasarkan alasan ini saja, seseorang hanya perlu memilih panjang gelombang yang cocok dengan elektron yang tidak mungkin hilang oleh atom saat memperoleh energi. Kemudian, perlahan-lahan tambahkan energi untuk elektron yang efektif memompa kemungkinan manifestasi elektron dalam nukleus sampai, pop , partikel alpha ritsleting keluar. Itu yang diambil oleh penghobi saya (jadi saya tidak terlalu percaya diri).
Tapi saya seorang amatir fisika; mungkin lebih baik untuk mempertimbangkan atom secara keseluruhan: akankah memanaskannya dengan laser amplitudo tak terbatas menyebabkan emisi partikel alfa menjadi acak dalam beberapa interval tetap, tetapi tidak acak di luar interval?
Memperbarui
Tampaknya kemungkinan dalam inti bersifat kontinu, seperti halnya elektron. Partikel adalah gelombang, dan lokasinya tidak ditentukan dengan sempurna.
Meskipun "frekuensi" partikel tidak sederhana, fungsi gelombang partikel dapat dianalogikan dengan frekuensinya. Fungsi Gelombang harus menempati nampan, atau status tertentu, dan mungkin ada beberapa "fungsi kepadatan probabilitas berkelanjutan" (pdf) yang menjelaskan kemungkinan transisi dari keadaan ke keadaan pada, katakanlah, 273 derajat kelvin untuk satu atom, di dalam oven benda hitam, dilindungi dari tabrakan dari semua partikel masif lainnya selain elektronnya sendiri.
Lebih lanjut, setiap saat, sebuah atom dapat bertransisi dari satu fungsi gelombang ke fungsi gelombang lainnya karena probabilitas daripada energi, tidak peduli seberapa tinggi biaya energi transisi tersebut. Ini adalah prinsip di balik tunneling, ini adalah sesuatu yang harus kita perbaiki terus-menerus dalam prosesor modern kita, dan begitulah cara kita mengisi daya ponsel kita. Efeknya dikerjakan secara empiris oleh Tesla sebagai sistem pengiriman daya alternatif, dan kami telah bekerja dengan penerowongan kuantum, oleh karena itu, selama hampir 200 tahun.
Dari perspektif matematis, dimungkinkan untuk mendeklarasikan tindakan deterministik fuzzy dan ireversibel (sesuatu yang non deterministik) di seluruh interval melalui observasi peluruhan asimtotik kemungkinan yang merupakan fungsi eksponensial waktu dalam turunan pertama.
Jadi yang perlu Anda lakukan untuk membuktikan bahwa radiasi alfa dapat dimanipulasi secara deterministik adalah membuktikan bahwa kemungkinan emisi berubah sebagai fungsi (x) secara eksponensial.
Kemudian, Anda perlu menyediakan (x). Relativitas menyelesaikan tugas ini dengan menyebabkan kemungkinan emisi berkurang menjadi nol melalui percepatan. Jadi kemungkinan memancarkan partikel alfa akan berkurang menjadi nol dalam kecepatan hingga (kecepatan cahaya). Dan perhatikan: ini dapat divariasikan terus menerus daripada secara diam-diam.
Apa yang saya cari adalah cara untuk mengatakan: bagaimana kita meningkatkan kemungkinan itu dengan cara yang sama terus menerus.
Dan sepertinya, meskipun hasil pengukuran satu atom pada satu waktu akan berbeda, meningkatkan kemungkinan elektron bergerak ke inti dengan tekanan sinar laser normal atau oven benda hitam praktis memang akan meningkatkan kemungkinan itu.
Apakah turunan pertama dari kemungkinan adalah fungsi eksponensial energi yang diserap oleh atom, pada akhirnya, pertanyaannya , karena itu akan memungkinkan kita untuk mengatakan bahwa, sementara acak dalam hal interval, sekali atom menyerap sejumlah energi yang terbatas , ia akan memancarkan partikel alfa dengan kepastian 100%, terlepas dari energi transisi keadaannya .
Dan itulah pertanyaannya: bagaimana kemungkinan atom untuk memancarkan partikel alfa berubah sebagai fungsi dari energi foton-ic generik (sesuatu yang bersifat alami dengan foton) yang diserapnya ( daripada inersia , yang tidak pasti akan kita lakukan. merobohkan inti).
Dan "tidak, itu tidak berubah sama sekali dan inilah alasannya " akan menjadi jawaban yang sangat bagus.
Disusun dengan jempol di aplikasi, mohon maafkan kesalahan ketik apa pun
Jawaban
Agak sulit untuk mengurai pertanyaan Anda karena Anda menanyakan setidaknya 6-7 sub-pertanyaan yang berhubungan, tetapi tidak persis sama. Jadi saya akan mencoba menjawab pertanyaan berikut:
"Bagaimana kemungkinan atom untuk memancarkan partikel alfa berubah sebagai fungsi dari foton-ic generik (sesuatu yang bersifat alami dengan foton) energi yang diserapnya (bukan inersia, yang kami tidak yakin akan menghancurkan nuklei)."
Ada dua cara untuk meningkatkan laju peluruhan dengan foton, seperti yang Anda tebak sendiri.
- Meningkatkan temperatur atom, yang berakibat pada peningkatan laju emisi partikel alfa yang masih acak .
- Emisi terstimulasi, yang menghasilkan emisi partikel alfa yang tidak acak .
Penghalang energi yang disederhanakan untuk partikel alfa terlihat sebagai berikut:
Tingkat penerowongan alfa diberikan dari mekanika kuantum partikel dalam kotak dengan persamaan di bawah ini. Lihat di sini untuk demonstrasi interaktif.
$$\log(\tau) = A - B \frac{Z}{\sqrt{E_{\alpha}}}$$
Sini $\tau$ adalah waktu kerusakan, $Z$ adalah jumlah akhir proton dan $E_{\alpha}$adalah energi dari partikel alfa yang dipancarkan. Jika$\tau$ dalam hitungan detik dan $E_{\alpha}$ di MeV, lalu $A=-46.83$ dan $B=-1.454$.
Pengaruh suhu menambah energi kinetik termal sebesar $\frac{3}{2}k_{B} T$, sehingga penghalang energinya sedikit diturunkan $E_{\alpha} \rightarrow E_{\alpha}-\frac{3}{2}k_{B} T$. Seseorang dapat memverifikasi dari persamaan di atas bahwa, karena$E_{\alpha}$ berurutan 5 MeV (atau $5\cdot 10^{10}$ K), foton perlu memanaskan atom hingga $\sim 10^{8}$Kelvin menghasilkan 1% perubahan dalam waktu peluruhan alfa. Suhu seperti itu sebenarnya dimungkinkan dengan laser di National Ignition Facility (NIF), tempat mereka mempelajari fusi nuklir, bukan peluruhan alfa.
Pilihan lainnya adalah mencoba memulai emisi terstimulasi. Untuk melakukan ini, Anda perlu menghasilkan medan listrik yang sebanding dengan tinggi penghalang (Megavolt) dibagi dengan jarak penghalang nuklir (femtometer). Dengan kata lain,$\mathrm{E}\approx E_{\alpha}/r_0$, dimana $r_0$adalah radius kurungan nuklir. Jika medan listrik sebesar ini, ini akan menurunkan penghalang dan memungkinkan partikel alfa untuk melepaskan terowongan jauh lebih mudah. Sejak$r_0$ Biasanya orde 1 femtometer, Anda membutuhkan medan listrik orde $5\cdot 10^{19}\, V/cm$untuk emisi terstimulasi. Untuk membuat medan listrik dengan laser bahkan sebesar 1% dari besaran ini untuk mendorong emisi alfa terstimulasi, Anda memerlukan fluence laser$3.3\cdot 10^{32} \,\mathrm{W}/\mathrm{cm}^2$. Tampaknya rekor fluens laser tertinggi dari buku catatan Guinness hanya$2.2\cdot 10^{22} \,\mathrm{W}/\mathrm{cm}^2$ saat ini.
Aspek penting dari emisi terstimulasi adalah bahwa emisi tidak lagi acak, tetapi terkait erat dengan ketergantungan waktu dari medan listrik penggerak. Jadi emisinya bisa periodik dalam waktu (positif dan negatif) daripada eksponensial, misalnya. Anda juga bisa mendapatkan proses kebalikan dari partikel alfa yang kembali ke inti.
Pada tingkat atom individu, panas ada sebagai foton inframerah. Agar foton dapat menembus nukleus alih-alih terikat oleh atom tanpa berinteraksi, foton harus memiliki panjang gelombang dengan urutan ~ diameter inti, yang menyiratkan foton yang sangat energik (seperti dalam sinar gamma). Foton inframerah memiliki energi yang terlalu sedikit (panjang gelombangnya terlalu panjang) untuk mencapai hal ini, sehingga tidak akan pernah mendapat kesempatan untuk mengenali inti itu sendiri.
Ini berarti bahwa Anda tidak dapat memicu atom untuk mengeluarkan partikel alfa dari nukleusnya dengan memanaskannya.
Ada kesalahpahaman mendasar dalam pertanyaan Anda antara fisika klasik dan mekanika kuantum.
Variabel termodinamika, seperti suhu , dan yang dapat diamati sebagai panas dapat didefinisikan dengan menggunakan mekanika statistik klasik dari banyak partikel.
Inti individu dan pembusukannya termasuk dalam kerangka mekanika kuantum selain membutuhkan urutan masukan energi magnitudo untuk mengubah tingkat energi yang membuatnya terikat. Untuk menghancurkan inti, Anda memerlukan sinar gamma, MeV, dan energi yang lebih tinggi.
Seseorang tidak dapat memiliki oven sinar gamma, karena ia akan dihancurkan oleh sinar gamma.
Seseorang mungkin memiliki laser sinar gamma di masa depan , dan sinar gamma untuk membuat colliders ada dalam rencana.
Untuk entitas kuantum, sebagai inti, untuk melakukan transisi kuantum, energi yang sesuai harus diterapkan, untuk mengubah tingkat energi, transisi terkuantisasi. Sejak peluruhan, baik itu peluruhan alfa, melepaskan energi sesuai dengan probabilitas QM yang dapat dihitung, energi ekstra tidak dapat terlibat dalam peluruhan, untuk mengubah probabilitas mekanika kuantum. Jika energi ekstra cukup dipasok, nukleus dapat dihancurkan, dibuat fisi, dan seperti pada zaman kosmologis berubah menjadi plasma dengan energi yang cukup, yang saat ini dipelajari dalam tumbukan ion di cern.