In der Chemie und Physik ist ein Nukleon eine der Partikeln, die den Atomkern zusammensetzt. Jeder Atomkern besteht aus einem oder mehr Nukleonen, und jedes Atom besteht der Reihe nach aus einer Traube von durch ein oder mehr Elektronen umgebenen Nukleonen. Es gibt zwei Arten des Nukleons: das Neutron und das Proton. Die Massenzahl eines gegebenen Atomisotops ist zu seiner Zahl von Nukleonen identisch. So kann die Begriff-Nukleonenzahl im Platz von mehr Massenzahl der verbreiteten Ausdrücke oder Atommassenzahl verwendet werden.

Bis zu den 1960er Jahren, wie man dachte, waren Nukleonen elementare Partikeln, von denen jede aus kleineren Teilen nicht dann zusammengesetzt worden sein würde. Jetzt, wie man bekannt, sind sie zerlegbare Partikeln, die aus drei Quarken gemacht sind, gebunden zusammen durch die so genannte starke Wechselwirkung. Die Wechselwirkung zwischen zwei oder mehr Nukleonen wird Zwischennukleonenwechselwirkungen oder Kernkraft genannt, die auch durch die starke Wechselwirkung schließlich verursacht wird. (Bevor die Entdeckung von Quarken, sich der Begriff "starke Wechselwirkung" auf gerade Zwischennukleonenwechselwirkungen bezogen hat.)

Nukleonen sitzen an der Grenze, wo Partikel-Physik und Kernphysik überlappen. Partikel-Physik, besonders Quant chromodynamics, stellt die grundsätzlichen Gleichungen zur Verfügung, die die Eigenschaften von Quarken und der starken Wechselwirkung erklären. Diese Gleichungen erklären quantitativ, wie Quarke zusammen in Protone und Neutronen (und alle anderen hadrons) binden können. Jedoch, wenn vielfache Nukleonen in einen Atomkern (nuclide) gesammelt werden, werden diese grundsätzlichen Gleichungen zu schwierig, um direkt zu lösen (sieh Gitter QCD). Statt dessen werden nuclides innerhalb der Kernphysik studiert, die Nukleonen und ihre Wechselwirkungen durch Annäherungen und Modelle wie das Kernschalenmodell studiert. Diese Modelle können nuclide Eigenschaften zum Beispiel erfolgreich erklären, ob ein bestimmter nuclide radioaktiven Zerfall erlebt.

Das Proton und Neutron sind sowohl baryons als auch beide fermions. In der Fachsprache der Partikel-Physik setzen diese zwei Partikeln eine isospin Dublette zusammen. Das erklärt, warum ihre Massen mit dem Neutron so ähnlich sind, das gerade um 0.1 % schwerer ist als das Proton.

Übersicht

Eigenschaften

Protone und Neutronen sind am wichtigsten und am besten bekannt, um Atomkerne einzusetzen, aber sie können auch selbstständig, nicht ein Teil eines größeren Kerns gefunden werden. Ein Proton ist selbstständig der Kern des Wasserstoffs 1 Atom (H). Ein Neutron ist selbstständig (sieh unten) nicht stabil, aber sie können in Kernreaktionen gefunden werden (sieh Neutronradiation), und werden in der wissenschaftlichen Analyse verwendet (sieh Neutron sich zerstreuen).

Sowohl das Proton als auch Neutron werden aus drei Quarken gemacht. Das Proton wird aus zwei Quarke und ein unten Quark gemacht, während das Neutron dasjenige Quark und zwei unten Quarke ist. Die Quarke werden durch die starke Kraft zusammengehalten. Es wird auch gesagt, dass die Quarke durch gluons zusammengehalten werden, aber das ist gerade eine verschiedene Weise, dasselbe Ding (gluons mittelbar die starke Kraft) zu sagen.

Quark hat elektrische Anklage + e, und unten Quark hat Anklage  e, so ist die elektrische Gesamtanklage des Protons und Neutrons +e und 0, beziehungsweise. Das Wort "Neutron" kommt aus der Tatsache, dass es elektrisch "neutral" ist.

Die Masse des Protons und Neutrons ist ziemlich ähnlich: Das Proton ist oder, während das Neutron ist oder. Das Neutron ist ungefähr um 0.1 % schwerer. Die Ähnlichkeit in der Masse wird durch die isospin ungefähre Symmetrie in der Partikel-Physik erklärt (sieh auch unten).

Die Drehung sowohl von Protonen als auch von Neutronen ist. Das bedeutet, dass sie fermions nicht bosons, und deshalb wie Elektronen sind, sind sie dem Ausschluss-Grundsatz von Pauli unterworfen. Das ist eine sehr wichtige Tatsache in der Kernphysik: Protone und Neutronen in einem Atomkern können nicht in demselben Quant-Staat alle sein, aber stattdessen breiten sie sich in Kernschalen aus, die Elektronschalen in der Chemie analog sind. Ein anderer Grund, dass die Drehung des Protons und Neutrons wichtig ist, besteht darin, weil es die Quelle der Kerndrehung in größeren Kernen ist. Kerndrehung ist für seine entscheidende Rolle in der NMR/MRI Technik für die Chemie und Biochemie-Analyse am besten bekannt.

Der magnetische Moment eines Protons, angezeigten μ, ist, während der magnetische Moment eines Neutrons μ = ist. Diese Rahmen sind auch in NMR/MRI wichtig.

Stabilität

Ein Neutron ist allein eine nicht stabile Partikel: Es erlebt Zerfall (ein Typ des radioaktiven Zerfalls) dadurch, sich in ein Proton, Elektron und Elektronantineutrino, mit einer Halbwertzeit ungefähr zehn Minuten zu verwandeln. (Sieh den Artikel Neutron für die weitere Diskussion des Neutronzerfalls.), wie man denkt, ist ein Proton allein stabil, oder mindestens ist seine Lebenszeit zu lang, um zu messen. (Das ist ein wichtiges Problem in der Partikel-Physik, sieh Proton verfallen.)

Innerhalb eines Kerns, andererseits, können sowohl Protone als auch Neutronen stabil oder abhängig vom nuclide nicht stabil sein. Innerhalb von einem nuclides kann sich ein Neutron in ein Proton (plus andere Partikeln), wie beschrieben, oben verwandeln; innerhalb anderen nuclides kann die Rückseite geschehen, wo sich ein Proton in ein Neutron (plus andere Partikeln) durch den Zerfall oder die Elektronfestnahme verwandelt; und innen noch sind andere nuclides, sowohl Protone als auch Neutronen stabil und ändern Form nicht.

Antinukleonen

Beide der Nukleonen haben entsprechende Antiteilchen: Das Antiproton und das Antineutron. Diese Antimaterie-Partikeln haben dieselbe Masse und entgegengesetzte Anklage wie das Proton und Neutron beziehungsweise, und sie wirken ebenso aufeinander. (Wie man allgemein glaubt, ist das, wegen der CPT Symmetrie genau wahr. Wenn es einen Unterschied gibt, ist es zu klein, um in allen Experimenten bis heute zu messen.) Insbesondere Antinukleonen können in einen "Antikern" binden. Bis jetzt haben Wissenschaftler antischweren Wasserstoff und Antihelium 3 Kerne geschaffen.

Tische von ausführlichen Eigenschaften

Nukleonen

Die Massen des Protons und Neutrons sind mit der viel größeren Präzision in Atommasseneinheiten (u) bekannt als in MeV/c wegen des relativ schlecht bekannten Werts der elementaren Anklage. Der verwendete Umwandlungsfaktor ist 1 u = MeV/c.

Wie man

annimmt, sind die Massen ihrer Antiteilchen identisch, und keine Experimente haben das bis heute widerlegt. Aktuelle Experimente zeigen den Unterschied zwischen den Massen des Protons und Antiprotons, wenn es besteht, ist weniger als MeV/c, und der Unterschied zwischen den Neutron- und Antineutronmassen ist auf der Ordnung von MeV/c.

{m_p} </Mathematik>

||| -

| Anklage zur Masse zum Massenverhältnis

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Mindestens 10 Jahre. Sieh Proton verfallen.

Für freie Neutronen; in allgemeinsten Kernen sind Neutronen stabil.

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Nukleonenklangfülle

Nukleonenklangfülle ist aufgeregte Staaten von Nukleonenpartikeln häufig entsprechend einem der Quarke, die einen geschnipsten Drehungsstaat, oder mit dem verschiedenen winkeligen Augenhöhlenschwung haben, wenn die Partikel verfällt. Nur die Klangfülle mit einem 3 oder 4 Stern, der an Particle Data Group (PDG) gilt, wird in diesen Tisch eingeschlossen. Wegen ihrer außerordentlich kurzen Lebenszeiten sind viele Eigenschaften dieser Partikeln noch unter der Untersuchung. Das Symbol-Format wird als N (M) L gegeben, wo M die ungefähre Masse der Partikel ist, ist L der winkelige Augenhöhlenschwung des erzeugten Nukleonenmeson-Paares, wenn es verfällt, und ich und J der isospin der Partikel und winkeliger Gesamtschwung beziehungsweise sind.

Der Tisch verzeichnet unten nur die Grundklangfülle; jeder individuelle Zugang vertritt 4 baryons: 2 Nukleonenklangfülle-Partikeln, sowie ihre 2 Antiteilchen. Jede Klangfülle besteht in einer Form mit einer positiven elektrischen Anklage (Q), mit einer Quark-Zusammensetzung von uud wie das Proton und einer neutralen Form, mit einer Quark-Zusammensetzung von udd wie das Neutron, sowie den entsprechenden Antiteilchen mit Antiquark-Zusammensetzungen von ūūd  und ūdd  beziehungsweise. Da sie nicht sonderbar, Charme, Boden oder Spitzenquarke enthalten, besitzen diese Partikeln Eigenartigkeit usw. nicht. Der Tisch verzeichnet nur die Klangfülle mit einem isospin dessen. Für die Klangfülle mit isospin, sieh das Delta baryon Artikel.

+ Der P (939) Nukleon vertritt den aufgeregten Staat eines normalen Protons oder Neutrons zum Beispiel innerhalb des Kerns eines Atoms. Solche Partikeln sind gewöhnlich innerhalb des Kerns, d. h. Lithiums 6 stabil.

Quark-Musterklassifikation

Im Quark-Modell mit SU (2) Geschmack sind die zwei Nukleonen ein Teil der Boden-Zustanddublette. Das Proton hat Quark-Inhalt von uud und das Neutron, udd. In SU (3) Geschmack sind sie ein Teil des Boden-Zustandoktettes (8) der Drehung baryons, bekannt als der Achtfältige Weg. Die anderen Mitglieder dieses Oktettes sind der hyperons fremde isotriplet, und der fremde isodoublet. Man kann diesen multiplet in SU (4) Geschmack (mit der Einschließung des Charme-Quarks) zum Boden-Staat 20-plet, oder zu SU (6) Geschmack (mit der Einschließung der Spitze und untersten Quarke) zum 56-plet Boden-Staat erweitern.

Der Artikel über isospin stellt einen ausführlichen Ausdruck für die Nukleonenwelle-Funktionen in Bezug auf den Quark-Geschmack eigenstates zur Verfügung.

Modelle

Obwohl es bekannt ist, dass das Nukleon von drei Quarken gemacht wird, ist es nicht bekannt, wie man die Gleichungen der Bewegung für das Quant chromodynamics löst. So, die Studie der Eigenschaften der niedrigen Energie des Nukleons werden mittels Modelle durchgeführt. Die einzigen ersten Grundsätze nähern sich verfügbar soll versuchen, die Gleichungen von QCD numerisch, mit dem Gitter QCD zu lösen. Das verlangt komplizierte Algorithmen und sehr starke Supercomputer. Jedoch bestehen mehrere analytische Modelle auch:

Die Skyrmion Modelle das Nukleon als ein topologischer soliton in einem nichtlinearen SU (2) pion Feld. Die topologische Stabilität von Skyrmion wird als die Bewahrung der Baryonenzahl, d. h. des Nichtzerfalls des Nukleons interpretiert. Die lokale topologische krumme Zahl-Dichte wird mit der lokalen Baryonenzahl-Dichte des Nukleons identifiziert. Mit dem pion isospin in Form eines Igel-Raums orientiertes Vektorfeld ist das Modell sogleich lösbar, und wird so manchmal das Igel-Modell genannt. Das Igel-Modell ist im Stande, Rahmen der niedrigen Energie, wie die Nukleonenmasse, der Radius und die axiale Kopplungskonstante zu etwa 30 % von experimentellen Werten vorauszusagen.

Die MIT Tasche-Mustergrenzen drei aufeinander nichtwirkende Quarke zu einer kugelförmigen Höhle, mit der Grenzbedingung, dass der Quark-Vektor-Strom an der Grenze verschwindet. Die aufeinander nichtwirkende Behandlung der Quarke wird durch das Appellieren an die Idee von der asymptotischen Freiheit gerechtfertigt, wohingegen die harte Grenzbedingung durch die Quark-Beschränkung gerechtfertigt wird. Mathematisch ähnelt das Modell vage dem einer Radarhöhle, mit Lösungen des Gleichungsstehens von Dirac in für Lösungen der Gleichungen von Maxwell und des verschwindenden Vektor-Stroms Grenzbedingung, die für die führenden Metallwände der Radarhöhle eintritt. Wenn der Radius der Tasche auf den Radius des Nukleons gesetzt wird, sagt das Tasche-Modell eine Nukleonenmasse voraus, die innerhalb von 30 % der wirklichen Masse ist. Ein wichtiger Misserfolg des grundlegenden Tasche-Modells ist sein Misserfolg, eine pion-vermittelte Wechselwirkung zur Verfügung zu stellen.

Das chiral Tasche-Modell verschmilzt das MIT Tasche-Modell und das Modell von Skyrmion. In diesem Modell wird einem Loch aus der Mitte von Skyrmion geschlagen, und durch ein Tasche-Modell ersetzt. Die Grenzbedingung wird durch die Voraussetzung der Kontinuität des axialen Vektor-Stroms über die Tasche-Grenze zur Verfügung gestellt. Sehr neugierig wird der fehlende Teil der topologischen krummen Zahl (die Baryonenzahl) des in Skyrmion geschlagenen Loches durch den Nichtnullvakuumerwartungswert (oder geisterhafte Asymmetrie) der Quark-Felder innerhalb der Tasche genau zusammengesetzt., dieser bemerkenswerte Umtausch zwischen der Topologie und dem Spektrum eines Maschinenbedieners hat kein Fundament oder Erklärung in der mathematischen Theorie von Räumen von Hilbert und ihrer Beziehung zur Geometrie. Mehrere andere Eigenschaften der chiral Tasche sind bemerkenswert: es stellt einen besseren passenden den niedrigen Energienukleoneneigenschaften, innerhalb von 5-10 % zur Verfügung, und diese sind fast des chiral Tasche-Radius völlig unabhängig (als lange, wie der Radius weniger ist als der Nukleonenradius). Diese Unabhängigkeit des Radius wird den Katze-Grundsatz von Cheshire nach dem Verblassen zu einem Lächeln der Katze von Cheshire von Lewis Carroll genannt. Es wird erwartet, dass eine Lösung der ersten Grundsätze der Gleichungen von QCD eine ähnliche Dualität von Beschreibungen des Quarks-pion demonstrieren wird.

Siehe auch

• Hadrons
• Wechselwirkung von Electroweak

Weiterführende Literatur

• A.W. Thomas und W.Weise, Die Struktur des Nukleons, (2001) Wiley-WCH, Berlins, internationale Standardbuchnummer der internationalen Standardbuchnummer 3-527-40297-7
• YAN Kun. Gleichung der durchschnittlichen Bindungsenergie pro Nukleon.

• Und 2011 teilweise Aktualisierung für die 2012-Ausgabe.