质子和中子还能分成什么(质子和中子的数量关系)
中子能使原子核内质子的结合更稳定。
原子核
在元素周期表中,氢元素的氕核没有中子,只有一个质子,自由质子的寿命几乎是无限(理论半衰期最少为10^35年);氦元素的同位素也存在氦-2,由两个质子组成,但是非常不稳定,半衰期非常短。
除此之外的其他元素,几乎都存在中子,自由中子的寿命不长,半衰期只有十五分钟,甚至在不稳定原子核中,处于束缚态的中子也会发生衰变;而在稳定原子核中,中子充当了稳定原子核的作用,寿命也大大增加。
我们知道质子带正电,所以质子间会因为库伦力而相互排斥,这个排斥力是质子间万有引力的10^36倍,而且库仑力的作用范围是无限的。
强相互作用
之所以在原子核中,质子能结合到一起,是因为在强子(质子和中子的统称)间还存在强相互作用(强力),强力是库仑力的100倍,但是强力是短程力,作用范围在2*10^15米以内。
关于题目疑问,涉及非常艰深的量子电动力学知识,在这我们只做简单的定性分析,试想:
(1)两个质子相互靠近时,首先会受到库仑力的作用而排斥,这个排斥力是非常大的;
(2)只有当质子的动能足够大后发生碰撞,才有一定几率克服库仑力,从而达到强力的作用范围,然后强力才能把质子捆在一起;
(3)如果我们加入一个中子,因为中子不显电荷,所以中子接近质子相对容易很多,更容易达到强力的作用范围;
(4)一个中子与质子结合后,再来一个质子和这个中子结合,于是中子充当媒介把两个质子束缚到了一起,形成了相对稳定的原子核;
当原子核中质子数目增多时,就需要更多的中子来充当媒介;所以在元素周期表中,我们看到,稳定元素的中子数随着质子数的增加而增加,具体组合机制由量子力学描述。
零号元素
强子间的相互作用非常复杂,对于多个中子(不含质子)组成的元素,叫做零号元素;但是都不稳定,具体机制和夸克有关,自由中子半衰期大约为15分钟,两个中子的零号元素,半衰期只有10^-22秒。
目前科学界还没有理论,能够精确描述原子核的中子数目分布问题,算是核子物理中的一大难题。
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