Atómové jadro I: základné vlastnosti | Úvod do kvantovej fyziky | prednáška 16

Zhrnutie prednášky

Prednáška z Úvodu do kvantovej fyziky otvára tému atómového jadra. Pripomína Rutherfordov experiment rozptylu alfa častíc, z ktorého sa odhaduje rozmer jadra na rádovo 10 na mínus 14 metra, a opisuje princíp hmotnostného spektrometra založeného na rýchlostnom filtri a pohybe nabitých iónov v magnetickom poli, ktorým sa merajú hmotnosti izotopov. Na záver sa rozoberá a vyvracia raná hypotéza z roku 1920, že jadro je zložené z protónov a elektrónov, pomocou argumentov o spine deuterónu a veľkosti magnetického momentu jadier.

• Rutherfordov rozptyl alfa častíc na zlatej fólii umožňuje z kritickej kinetickej energie a Coulombovho odpudzovania (1/(4 pi epsilon0 R) krát 2Ze na druhú) odhadnúť rozmer jadra na rádovo 10 na mínus 14 metra
• Mosleyho zákon priraďuje každému prvku celočíselné protónové číslo Z, ktoré určuje náboj jadra
• Hmotnostný spektrometer kombinuje rýchlostný filter (skrížené elektrické a magnetické pole, v = E/B) s magnetickým poľom, kde polomer dráhy iónu R = mv/(qB) závisí od hmotnosti
• Meranie na vodíku ukazuje dva izotopy s hmotnosťou M (protón) a približne 2M (deuterón zložený z protónu a neutrónu)
• Jadrá sú charakterizované protónovým číslom Z (náboj) a hmotnostným číslom A (celková hmotnosť), izotopy majú rovnaké Z, ale rôzne A
• Ranná hypotéza z roku 1920 predpokladala jadro zložené z A protónov a (A mínus Z) elektrónov, čo dávalo správnu hmotnosť aj náboj
• Hypotéza sa vyvracia spinovým argumentom – deuterón zložený z 2 protónov a 1 elektrónu (tri fermióny so spinom 1/2) by musel mať poločíselný spin, no experimentálne má spin 1
• Druhým argumentom proti hypotéze je veľkosť magnetického momentu – ak by v jadre bol elektrón, magnetický moment jadra by bol určený ľahkým elektrónom, no experimentálne je magnetický moment jadier o tri rády slabší ako u elektrónu

Zhrnutie pripravené s pomocou AI z prepisu videa.