Khả năng tồn tại bên trong hạt nhân đối với một electron theo Nguyên tắc bất định
Bài toán học thuật: Theo Nguyên lý bất định, chứng tỏ rằng electron không thể ở trong hạt nhân.
Đó thực sự là một vấn đề chung. Dù sao, chúng tôi biết rằng sự không chắc chắn về vị trí trong trường hợp này không thể vượt quá$2 \times 10^{-14}$ m.
Hiện nay, $\triangle x$ và $\triangle p$ lần lượt là độ không đảm bảo của vị trí và động lượng, $$\triangle x \times \triangle p = \frac {\hbar}{2}$$ $$\implies \triangle p = 2.64 \times 10^{-21} kg m s^{-1}$$
Vì vậy, $ K_e = \frac {p^2}{2m} = 3.8295 \times 10^{-12} J = 23.93 MeV$
Nhưng kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, năng lượng của electron không thể lớn hơn $4 MeV$. Đột nhiên tôi nghi ngờ về tính hiệu quả của 'Nguyên tắc bất định của Heisenberg.'
Trạng thái cơ bản của một hệ cơ lượng tử là trạng thái năng lượng thấp nhất của nó. Bây giờ tôi sẽ không nói về bất kỳ trạng thái phấn khích nào.
Nhưng liệu có khả năng nào giống như electron rơi xuống hạt nhân thông qua đường hầm lượng tử bằng cách bức xạ năng lượng từ quỹ đạo đứng yên của nó và khi chúng ta quan sát một thứ như vậy, chúng ta thấy sự kiện 'Sự sụp đổ hàm sóng' không?
Có lẽ đó là quan niệm sai lầm của tôi về chủ đề này trong khi đường hầm lượng tử chỉ có thể thực hiện được trong một khoảng thời gian ngắn và tôi thậm chí không biết liệu 'Đường hầm lượng tử' có cho phép năng lượng như vậy hay không.
Trả lời
Các electron trong nguyên tử “đi vào” hạt nhân. Không cần nó phải tỏa ra trước. Trên thực tế, các electron trong$s$ quỹ đạo chẳng hạn, có các hàm sóng là “cực đại” tại hạt nhân (“trung tâm của nguyên tử” - nhưng lưu ý rằng về mặt cơ học lượng tử, chính xác $r=0$ xác suất không bằng một).
Các electron không phải là những hạt có thể "rơi" vào hạt nhân, mà có các hàm sóng lượng tử hóa lan truyền trong không gian.
Tất cả các trạng thái của electron đều trùng lặp với hạt nhân, vì vậy khái niệm electron "rơi xuống" hạt nhân không có ý nghĩa. Các êlectron luôn có một phần trong hạt nhân.
Nếu theo câu hỏi của bạn, ý của bạn là "Tại sao các electron không thể bản địa hóa trong hạt nhân?" thì câu trả lời vẫn là có. Các electron có thể được bản địa hóa trong hạt nhân, nhưng cần một sự tương tác để điều đó xảy ra.
Quá trình này được gọi là bắt điện tử . Trong quá trình bắt điện tử, một điện tử bị hấp thụ bởi một proton trong hạt nhân, biến proton thành nơtron.
Electron tương tác với proton và bị hấp thụ đến một điểm trong hạt nhân, và biến mất ("sụp đổ" để sử dụng thuật ngữ của bạn) với sự phát xạ của một neutrino electron.
Lưu ý rằng quá trình này không xảy ra với hầu hết các nguyên tử. Một electron sẽ chỉ tương tác với một proton trong hạt nhân thông qua sự bắt giữ electron nếu có quá nhiều proton trong hạt nhân. Khi có quá nhiều proton, một số proton bên ngoài liên kết lỏng lẻo và tự do hơn để phản ứng với electron.