Ядерная плотность

Ядерная это плотность ядра . атома – плотность Для тяжелых ядер она близка к плотности ядерного насыщения $n_{0}=0.15\pm 0.01$ нуклоны / Фм ³, что минимизирует плотность энергии бесконечной ядерной материи . ^[1] Таким образом, массовая плотность ядерного насыщения равна $\rho _{0}=n_{0}m_{\rm {u}}\approx 2.5\times 10^{17}$ кг/м ³, где m _u — константа атомной массы . Описательный термин «ядерная плотность» также применяется к ситуациям, где наблюдается столь же высокая плотность, например, внутри нейтронных звезд .

Оценка

Ядерную плотность типичного ядра можно приблизительно рассчитать по размеру ядра , который сам по себе можно аппроксимировать, исходя из количества протонов и нейтронов в нем. Радиус типичного ядра, выраженный в числе нуклонов , равен $R=A^{1/3}R_{0}$ где $A$ массовое число и $R_{0}$ составляет 1,25 Фм , с типичными отклонениями до 0,2 Фм от этого значения. ^{[ нужна ссылка ]} Таким образом, плотность : ядра равна

n={\frac {A}{{4 \over 3}\pi R^{3}}}

Таким образом, плотность любого типичного ядра, выраженная в массовом числе, постоянна и теоретически не зависит от A или R :

n_{0}^{\mathrm {theor} }={\frac {A}{{4 \over 3}\pi (A^{1/3}R_{0})^{3}}}={\frac {3}{4\pi (1.25\ \mathrm {fm} )^{3}}}=0.122\ \mathrm {fm} ^{-3}=1.22\times 10^{44}\ \mathrm {m} ^{-3}

Экспериментально определенное значение плотности ядерного насыщения равно ^[1]

n_{0}^{\mathrm {exp} }=0.15\pm 0.01\ \mathrm {fm} ^{-3}=(1.5\pm 0.1)\times 10^{44}\ \mathrm {m} ^{-3}.

Плотность массы ρ представляет собой произведение плотности числа n на массу частицы. Рассчитанная массовая плотность с использованием нуклона массы m _n =1,67×10. ⁻²⁷ кг, таким образом:

\rho _{0}^{\mathrm {theor} }=m_{\mathrm {n} }\,n_{0}^{\mathrm {theor} }\approx 2\times 10^{17}\ \mathrm {kg} \ \mathrm {m} ^{-3}

(с использованием теоретической оценки)

или

\rho _{0}^{\mathrm {exp} }=m_{\mathrm {n} }\,n_{0}^{\mathrm {exp} }\approx 2.5\times 10^{17}\ \mathrm {kg} \ \mathrm {m} ^{-3}

(с использованием экспериментального значения).

Приложения и расширения

Компоненты атома и ядра имеют разную плотность. Протон не является фундаментальной частицей и состоит из кварк-глюонной материи . Его размер составляет около 10 ⁻¹⁵ метров и плотностью 10 ¹⁸ кг/м ³. Описательный термин «ядерная плотность» также применяется к ситуациям, где наблюдается столь же высокая плотность, например, внутри нейтронных звезд .

С помощью глубоконеупругого рассеяния было подсчитано, что «размер» электрона , если он не является точечной частицей , должен быть меньше 10 ⁻¹⁷ метры. ^{[ нужна ссылка ]} Это будет соответствовать плотности примерно 10 ²¹ кг/м ³.

возможны еще более высокие плотности Когда дело доходит до кварковой материи, . В ближайшем будущем самые высокие экспериментально измеряемые плотности, вероятно, будут ограничены лептонами и кварками . ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Горовиц, CJ; Пекаревич Дж.; Рид, Брендан (2020). «Понимание плотности ядерного насыщения в результате рассеяния электронов с нарушением четности» . Физ. Преподобный С. 102 (4): 044321. arXiv : 2007.07117 . Бибкод : 2020PhRvC.102d4321H . дои : 10.1103/PhysRevC.102.044321 . S2CID 222080305 . Проверено 7 сентября 2022 г.

Внешние ссылки

«Атомное ядро» . Проверено 18 ноября 2014 г. (вывод уравнений и других математических описаний)

[Horowitz-1] Jump up to: ^а ^б Горовиц, CJ; Пекаревич Дж.; Рид, Брендан (2020). «Понимание плотности ядерного насыщения в результате рассеяния электронов с нарушением четности» . Физ. Преподобный С. 102 (4): 044321. arXiv : 2007.07117 . Бибкод : 2020PhRvC.102d4321H . дои : 10.1103/PhysRevC.102.044321 . S2CID 222080305 . Проверено 7 сентября 2022 г.

[1]