W jakich stanach energetycznych znajdują się cząstki w jądrze atomowym?

Pytanie

Pyta Mateusz

W jakich stanach energetycznych znajdują się cząstki w jądrze atomowym?

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Miernik

Pytanie można rozumieć dwojako. Jądra atomowe składają się z protonów i neutronów, które jednak nie są cząstkami elementarnymi, ponieważ składają się z kwarków (oraz spajających je gluonów). Jeżeli zatem zapytamy się, czy protony i neutrony w jądrach ulegają wzbudzeniom w wewnętrznych stopniach swobody, to odpowiedź jest taka, że zasadniczo są w stanie podstawowym, a stany wzbudzone (np. rezonanse Delta) mają marginalne znaczenie, chyba że mówimy o reakcjach jądrowych zachodzących przy odpowiednio dużych energiach (masa protonu to 938 MeV/c2, masa barionów Δ (Delta) to około 1230 MeV/c2). Ale z drugiej strony, protony i neutrony są fermionami i obowiązuje je zakaz Pauliego. W związku z tym nie mogą się znajdować w jądrze w tych samych stanach (z tymi samymi przestrzennymi funkcjami falowymi), i na tej samej zasadzie jak elektrony w atomach, będą wypełniały kolejne powłoki (dyskretne stany). W tym przypadku stany energetyczne tych cząstek zależą od tego ile i jakich jest ich w jądrze.