Ядро меньше электрона?
В классической неправильной модели атома «бильярдный шар» электроны часто изображаются как шары меньшего размера, чем протоны и нейтроны в ядре.
Однако из квантовой механики мы знаем, что электрон на самом деле является нелокализованным электронным облаком. Я предполагаю, что таким же образом протоны и нейтроны нелокализованы, но поскольку сильная ядерная сила, притягивающая их, намного сильнее, чем кулоновская сила, притягивающая электроны. Означает ли это, что массовая плотность протонов и нейтронов в ядре гораздо сильнее ограничена областью меньшего размера, чем электронное облако, и, следовательно, ядро меньше электрона?
Итак, по сути, мой вопрос на самом деле заключается в том, удерживается ли масса ядра более плотно, чем масса электрона?
Ответы
Электрон определяется в Стандартной модели как элементарная частица, точечная, без размера или пространственного расширения.
С другой стороны, протоны и нейтроны, составляющие ядро, являются составными частицами, как определено в Стандартной модели, и имеют пространственное распространение. Конечно, они состоят из кварков, антикварков и глюонов (вопреки распространенному мнению, это не только три, это только валентные кварки), но на самом деле море кварков, антикварков и глюонов.
Поэтому, исходя из этого, было бы неправильно сказать, что ядро, составная частица, меньше электрона, точечной частицы, без пространственного расширения.
Однако вы имеете в виду тот факт, что, согласно КМ, электронное облако является физическим проявлением математического описания того, что мы называем распределением вероятностей электрона. У этого есть пространственное расширение.
Диаметр ядра находится в диапазоне от 1,7566 фм (1,7566 × 10-15 м) для водорода (диаметр отдельного протона) до примерно 11,7142 фм для урана [7]. Эти размеры намного меньше диаметра самого атома (ядро + электронное облако), примерно в 26 634 раза (радиус атома урана составляет примерно 156 пм (156 × 10-12 м)) [8] до примерно 60 250 (водород атомный радиус около 52,92 пм). [a]
https://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_nucleus
А в нашей Вселенной случается так, что (радиус) пространственного расширения этого электронного облака больше, чем средний радиус ядра (которое также имеет пространственное расширение). В этом смысле вы можете утверждать, что ваше утверждение об электронном облаке и ядре заслуживает размышления. Таким образом, можно сказать, что пространственная протяженность ядра (которая представляет собой просто распределение вероятностей моря составляющих) меньше, чем распределение вероятностей электрона (облака).
Этот вопрос путает электронное «облако», которое на самом деле является вероятностью того, где электрон может быть найден, с размером электрона. Электрон безразмерен, что может означать, что он имеет нулевой размер, или что размер в квантовой области является бессмысленной величиной, в зависимости от того, как человек думает о нем.
Электрон имеет гораздо меньшую массу, чем ядро. В результате в его позиции возникает гораздо большая неопределенность. Неопределенность положения описывается электронным «облаком», но не описывает сам электрон. Электрон описывается уравнением Дирака, и его взаимодействия ограничиваются микропричинным или локальным условием в qed, согласно которому электрон не имеет размера.
Ядро имеет гораздо большую массу, с меньшей неопределенностью положения. Но ядро состоит из ряда протонов и нейтронов, которые сами состоят из кварков и глюонов. Условие микропричинности предполагает, что кварки и глюоны по отдельности имеют нулевой размер, но конгломерация означает, что нельзя ожидать, что отдельные кварки и глюоны будут обнаружены в одном и том же месте. В таком случае имеет смысл говорить о размере протона, нейтрона или ядра, имея в виду различия в возможном положении отдельных кварков и глюонов, хотя, вероятно, не очень точно. В любом случае обсуждение размера ядра сильно отличается от обсуждения неопределенности положения ядра, и можно сказать, что размер ядра намного больше, чем размер электрона.
"из квантовой механики мы знаем, что электрон на самом деле нелокализованное электронное облако"
Это не так. Электрон - точечная частица размером меньше нуклона. Квантовая частица не следует путать с квантовой волновой функцией.