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核殼層模型

指数 核殼層模型

在核物理與核化學中,核殼層模型是一個利用泡利不相容原理的結構來描述的原子核的能量級別的一個模型。此種模型與電子軌域模型略不同:核子的角動量量子數可大於或等於主量子數,而後在1949年核殼層模型由幾個物理學家研究及提出,最主要的幾個人是尤金·維格納、瑪麗亞·格佩特-梅耶和約翰內斯·延森,由於發現核殼層模型理论和对称性原理,因此於1963年被授予諾貝爾物理學獎。 核殼層模型部分是類似於原子的電子殼層描述原子中的電子的安排,當殼層填滿時特別穩定,核殼層模型描述原子中次原子粒子的排佈,當質子與中子填滿某個核殼層,該核素更穩定。當在一個穩定的原子核加入核子(質子或中子)時,也有一定的結合能,但其量值明顯小於前一個核子。發現幻數:2,8,20,28,50,82,126當質子或中子為幻數時有較高的結合能,這就是核殼層模型的起源。 質子和中子的核殼層是相互獨立的。因此,質子或中子可以只有其中一個為幻數,此時稱為幻核,也可以兩者皆是幻數,則為雙幻核。由於在核軌域填充有一些變化,目前最大的幻數是126,並推測有184個中子,但只有114個質子,這在搜索所謂的穩定島中扮演了一個重要的角色。目前已發現一些半幻數,特別是Z.

15 关系: 原子核尤金·维格纳中子主量子數玛丽亚·格佩特-梅耶約翰內斯·延森角动量角量子数诺贝尔物理学奖質子量子量子諧振子電子層模型泡利不相容原理

原子核

原子核(德语:Atomkern,英语:Atomic nucleus)是原子的组成部分,位于原子的中央,占有原子的大部分质量。組成原子核的有中子和質子。当周围有和其中质子等量的电子围绕时,构成的是原子。原子核極其渺小,如果将原子比作一座大廈,那麼原子核只有大廈裡的一張桌子那麼大。.

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尤金·维格纳

尤金·保羅·維格納(Eugene Paul Wigner,)原名維格納·帕爾·耶諾(Wigner Pál Jenő),匈牙利-美国理論物理學家及數學家,奠定了量子力學對稱性的理論基礎,在原子核結構的研究上有重要貢獻。 他在純數學領域也有許多重要工作,許多數學定理以其命名。其中維格納定理是量子力學數學表述的重要基石。維格納首先發現了核反應器中的氙-135帶有毒性,這也是為何這種毒性有時被稱作「維格納毒性」。 1963年,由於「在原子核和基本粒子物理理論上的貢獻,尤其是基本對稱原理的發現與應用」,維格納和瑪麗亞·格佩特-梅耶、約翰內斯·延森一同獲得諾貝爾物理學獎。.

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中子

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主量子數

在原子物理学中,主量子数(principal quantum number)是表示原子軌域的量子数的其中一种(其他还包括角量子数、磁量子数和自旋量子数),用小写拉丁字母\displaystyle n表示。主量子数只能是正整数值。当主量子数增加时,軌域範圍变大,原子的外层电子将处于更高的能量值,因此受到原子核的束缚更小。这是波尔模型引入的唯一一个量子数。根據不同量子數可導致電子有不同能量值,称为能階,且這些能量值呈離散分布,任兩階之間沒有過度變化,故電子在不同能量間跳躍轉換時,其能量變化不連續。 作为类比,我们可以先想象一个附載电梯的多樓层建筑。这个建筑具有整数的楼层数,电梯只能停在某一层楼,而不能停在两层的中间。此外,电梯只能移动整数个层高(假定电梯正常工作)。我们可以把楼层的层数和主量子数相类比,楼层数或主量子数越大,所具有的势能越大。 不过以樓層作类比無法完整呈現電子能階的獨特性質:.

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玛丽亚·格佩特-梅耶

玛丽亚·格佩特-梅耶(Maria Goeppert-Mayer,),德裔美国物理学家。1963年因提出原子核殼層模型而獲得諾貝爾物理獎。是繼瑪麗·居里之後第二位拿到此獎的女性。.

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約翰內斯·延森

约翰内斯·汉斯·丹尼尔·延森(Johannes Hans Daniel Jensen,),德国物理学家,因发现原子核的核殼層模型理论而获得1963年的诺贝尔物理学奖。.

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角动量

在物理学中,角动量是与物体的位置向量和动量相关的物理量。對於某慣性參考系的原點\mathbf,物體的角動量是物体的位置向量和动量的叉積,通常写做\mathbf。角动量是矢量。 其中,\mathbf表示物体的位置向量,\mathbf表示角动量。\mathbf表示动量。角動量\mathbf又可寫為: 其中,I表示杆状系统的转动惯量,\boldsymbol是角速度矢量。 假設作用於物體的外力矩和為零,則物體的角动量是守恒的。需要注意的是,由于成立的条件不同,角动量是否守恒与动量是否守恒没有直接的联系。 當物體的運動狀態(動量)發生變化,則表示物體受力作用,而作用力大小就等於動量\mathbf的時變率:\mathbf.

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角量子数

角量子數(Azimuthal quantum number),即軌域角動量的量子數,通常用小寫英文字母l來表示。從經典力學的概念可知,任何旋轉體都有繞軸的角動量。它是一個矢量。當它不是連續變動時,會取不同的離散值,是量子化的。在原子物理中,这个量子数决定了電子雲的形状。例如,电子所处的s, p, d, f, g分别对应的角量子数分别是l.

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诺贝尔物理学奖

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質子

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量子

量子一詞來自拉丁语quantum,意為“有多少”,代表“相當數量的某物质”。在物理學中常用到量子的概念,指一個不可分割的基本個體。例如,“光的量子”是光的單位。而延伸出的量子力學、量子光學等更成為不同的專業研究領域。 其基本概念为所有的有形性質是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的數值是特定的,而不是任意值。例如,在(休息狀態的)原子中,電子的能量是可量子化的。這決定原子的穩定和一般問題。 在20世紀的前半期,出現了新的概念。許多物理學家將量子力學視為瞭解和描述自然的的基本理論。在量子出现在世界上100多年间,经过普朗克,爱因斯坦,斯蒂芬霍金等科学家的不懈努力,已初步建立量子力学理论。.

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量子諧振子

在量子力學裏,量子諧振子(quantum harmonic oscillator)是古典諧振子的延伸。其為量子力學中數個重要的模型系統中的一者,因為一任意勢在穩定平衡點附近可以用諧振子勢來近似。此外,其也是少數幾個存在簡單解析解的量子系統。量子諧振子可用來近似描述分子振動。.

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電子層

電子層,或稱電子殼或電子殼層,是原子物理學中,一組擁有相同主量子數n的原子軌道。電子層組成為一粒原子的電子序。這可以證明電子層可容納最多電子的數量為2n^2(但倒数第一层只能容纳2个,倒数第二层只能容纳8个,倒数第三层只能容纳18个),這種全滿的電子層稱為「閉合殼層」。 亨利·莫塞萊和查尔斯·巴克拉的X-射線吸收研究首次於實驗中發現電子層。巴克拉把它們稱為K、L和、M(以英文字母排列)等電子層。這些字母後來被n值1、2、3等取代。它們被用於分光鏡的西格班記號法。 電子層的名字起源於波耳模型中,電子被認為一組一組地圍繞著核心以特定的距離旋轉,所以軌跡就形成了一個殼。.

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模型

模型可能是:.

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泡利不相容原理

在量子力学裏,泡利不--容原理(Pauli exclusion principle)表明,兩個全同的費米子不能處於相同的量子態。這原理是由沃尔夫冈·泡利於1925年通过分析实验結果得到的結論。例如,由於電子是費米子,在一個原子裏,每個電子都擁有獨特的一組量子數n,\ell,m_\ell,m_s,兩個電子各自擁有的一組量子數不能完全相同,假若它們的主量子數n,角量子數\ell,磁量子數m_\ell分別相同,則自旋磁量子數m_s必定不同,它們必定擁有相反的自旋磁量子數。換句話說,處於同一原子軌域的兩個電子必定擁有相反的自旋方向。泡利不--容原理簡稱為泡利原理或不相容原理。 全同粒子是不可区分的粒子,按照自旋分為費米子、玻色子兩種。費米子的自旋為半整數,它的波函數對於粒子交換具有反對稱性,因此它遵守泡利不相容原理,必须用費米–狄拉克統計來描述它的統計行為。費米子包括像夸克、電子、中微子等等基本粒子。 玻色子的自旋為整數,它的波函數對於粒子交換具有對稱性,因此它不遵守泡利不相容原理,它的統計行為只符合玻色-愛因斯坦統計。任意數量的全同玻色子都可以處於同樣量子態。例如,激光產生的光子、玻色-愛因斯坦凝聚等等。 泡利不相容原理是原子物理學與分子物理學的基礎理論,它促成了化學的變幻多端、奧妙無窮。2013年,義大利的格蘭沙索國家實驗室(Laboratori Nazionali del Gran Sasso)團隊發佈實驗結果,違反泡利不相容原理的概率上限被設定為4.7×10-29。.

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