原子核中,为什么质子和中子数量的比例往往都不是很大?

发布网友发布时间：2023-07-24 11:23

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热心网友时间：2023-12-15 13:38

解决粒子物理问题的关键是求出强、弱核力势公式，这是我一向声明的观点，因为不论你是想精确求出原子核的结合能、还是想了解同种异荷粒子质量差的由来，或是想知道中微子的性质，你都必须要有强、弱核力势公式。换句话说，强、弱核力势是解决粒子物理问题的基础。但是，目前求解强、弱核力势公式并非是主流粒子物理学研究的优先选项，那么这就引出一个逻辑问题：我们都知道，当量子力学刚开始研究的时候，库伦力公式已经找到了，所以玻儿很容易就求出了氢原子半经典解、后来又进一步得到了薛定谔方程、狄拉克方程...理论愈发与实际吻合，而到了粒子物理这里，“先力公式后求解”的思路就行不通了，这就令人不明所以。

当然，这篇文章并不是要来讨论研究思路的谁对谁错，因为我们最终面对的是事实，如果你认为自己是对的，那么就以最好的方式来解释它。本篇文章研究的问题是核素图的发展规律。

根据国际原子能机构核数据科提供的数据显示，目前科学家已发现118种元素，合计4253种核素。以质子数为x轴，中子/核子数为y轴，将4253种核素归纳到一个坐标轴中，并绘制核素图(详见图（一）)。在对核素图进行分析时,我们发现有两个问题恰好反映了核素图的发展规律：

（1）稳定核素的中子/核子数量比呈现某种规律性变化。沿x轴方向上，随着质子数的增加，稳定核素的中核数量比由0.5趋向于0.6；

（2）不同核素的同位素数量规律。沿y轴方向上，同位素数量呈现出与空间自由度相关的特性。例：单个质子周边有前、后、左、右、上、下六个对称方位，最多能容纳6个中子，而实际上已发现的氢同位素数量恰好是7个！此种特性同样展现在其它核素身上，详见核素图

图（1）i.黄线表示同位素连线； ii.紫线表示同位素趋近线； iii.红线表示稳定核素趋近线；iiii.两条浅蓝虚线表示0.5和0.6。

此两问题深刻反映了核素图的发展规律。于是，我们对此两问题的研究，其实就是对核素图发展规律的研究，也是对4253种原子核共性规律的研究，其重要性是不言而喻的。接下来的正文部分，将对此两问题进行定性研究。

一、原子核结构

1.n、p、π结构是原子核最基本的结构

所有原子核结构都是n-p结构，而n-p结构的实质是π结构，详见下图

2.强中性结构之间力的传播方式

需要对同、异种粒子之间相互作用方式进行分析。

2.1判断同种粒子之间是否存在力的作用。

例：原子是电中性结构，可是同原子之间的吸引力是形成各种单质的基础，这说明电中性结构之间仍然存在着力的作用，那么强力与电磁力同为中性结构，在性质是否一致呢？事实上，我们至今未曾观测到双p/双n/双π形成的结构，这就说明两种力之间还是存在着一定的区别。

那么我们应该怎样理解在强相互作用发生时，相同粒子之间不能形成次级结构的原因呢？如果我们拿出两个中子，将他们放在一起，显然，一个中子中的+1荷可以与另一个中子中的两个对应荷形成中性结构，即两个新中子，中子与中子之间继续交换，...这种夸克层次的荷交换，并不影响明面上两个中子的存在感。

2.2判断异种粒子之间是否存在力的作用。

2.2.1 p-n结构实质上就是π结构，力的强弱与夸克间距有关。

二、结论

在正文中，我们结合强子的荷分布情况定性解释了不同核素的同位素数量规律，和稳定核素的中子/核子数量比呈现某种规律性变化，结果是成功的。这两个问题反映了核素图的发展规律。经过分析，发现强荷类型决定同位素结构，传播媒介决定稳定核素结构，通过本文的研究我们得到了通用版的核素结构图，在下一步中，我们将通过核素结构图精确求解原子核的结合能，将粒子物理带入新的历程！