先に学ぶ内容水素原子とスペクトル

原子核と素粒子

静止した陽子1⁠個と中性子1⁠個が結合すると、質量はどう変わるか。γ⁠線のエネルギーと反動の運動エネルギーから説明する。

できた重陽子の静止質量は、結合前の質量の和の何%か?

式から現象を説明する

  1. 1原子核をつくる陽子と中性子を数えるA=⁠Z+⁠N……
  2. 2重陽子の質量を、陽子と中性子の質量の和と比べるΔm=⁠mp + mn − Md……
  3. 3質量差Δm⁠を、静止エネルギーの差に換算するΔE=⁠Δm c²……
  4. 4結合前と結合直後のエネルギー保存を書く(mp + mn) c²=⁠Md c²+⁠B……
  5. 5エネルギー保存の式を変形し、重陽子の質量の比を表すMdmp + mn=⁠1 − B(mp + mn) c²≒⁠99.88%……
  6. 6エネルギーを箱に残すときの、全体の質量を求めるM全体=⁠Md + Bc²=⁠mp + mn……
  7. ここからは、核反応・放射性崩壊・素粒子を学ぶ
  8. 7陽子どうしの静電気力を見積もるF=⁠k e²r²≒⁠231 N……
  9. 8核子1⁠個あたりの結合エネルギーを並べるBA の最大値≒⁠8.8 MeV……
  10. 9崩壊の決まりを書くdNdt=⁠−λ N……
  11. 10個数の減り方の式を解き、半減期を求めるN=⁠N₀ (12)t/T……
  12. 11放射線の種類を分ける238U→⁠234Th+⁠4He……
  13. 12重い原子核を割る235U + n→⁠2つの原子核 + 2〜3 n + 200 MeV……
  14. ここからは核子の内部構造を扱う。価クォークの構成は、実験から分かっている性質として使う(前のステップの式からは導かない)。
  15. 13核子の中をのぞく価クォークの構成:陽子 p は uud⁠、中性子 n は udd……