V této úvodní kapitole se pokusíme nastínit některé metodologické aspekty stavby fyziky a jejího začlenění do kontextu ostatní přírodovědy a vědeckého poznání vůbec. Tyto metodologické poznámky mohou být zajímavé např. pro studenty a zájemce nefyzikálních profesí, kteří si chtějí udělat ucelený obraz o fyzikálních aspektech zkoumání přírody.
2008 12:13:25]
. Pokud dané vázané konfiguraci jádro složené protonů n
neutronů menší celkovou hmotnost(∼energii) než jádro složené p+1 protonů n-1 neutronů, nemůže β−-rozpadu
dojít, neutrony budou "donuceny" chovat jako stabilní. Tím krátký poločas rozpadu neutronu (13sec. Jedno názorné
zjednodušené vysvětlení však můžeme podat již zde:
Příčina radioaktivity b
-
; stabilita nestabilita neutronu jádře
Primární příčina radioaktivity tkví přeměně neutronu proton, elektron antineutrino.)
vzájemnou konverzí protony neustále "obnovuje" neutron jádře stabilní.: Nějakou dobu fyzikové domnívali, elektrony pocházejí obalu, avšak plně ionizovaných atomů
zbavených elektronových obalů elektrony beze změny vyzařují dál.
Při přeměně nukleonové číslo nemění, avšak jelikož jeden neutron změnil proton,
protonové číslo zvýší dceřinné jádro posune jedno místo doprava Mendělejevově
periodické tabulce.1, §4.RNDr. Ostatně, pokud je
neutron volný, nestabilní poločasem necelých minut vlivem slabé interakce rozpadá zmíněným β-
rozpadem světle popsaného mechanismu radioaktivity, spočívající rozpadu neutronu uvnitř
jádra, faktu nestability (volného) neutronu, může vyvstat paradoxní otázka: Jak vůbec mohou existovat stabilní jádra
obsahující neutrony? Proč všechny neutrony jejich nitru nerozpadnou protony, elektrony neutrina? Odpověď
spočívá tom, neutrony protony jádře nemůžeme pohlížet jako volné jsou součástí vyššího celku,
vázaného silnou interakcí. opačném případě, kdy jádro složené protonů n
neutronů, vyšší celkovou energii∼hmotnost než jádro p+1 protonů n-1 neutronů nejméně klidovou
hmotnost elektronu, tj. 1. Elektrony tedy opravdu vylétají z
atomového jádra. paritní neutron-protonové přeměně:
probíhá průběžná změna n→p→n atd. 511keV), nastává situace, kdy může dojít β−-rozpadu. stabilitě tohoto celku, jádra, pak rozhoduje ani tak stabilita izolovaných částic, ale
spolurozhoduje vazbová energie nukleonů.5. Tato pozoruhodná skutečnost, při β--rozpadu vzniká "složitější" jádro než bylo
původní, sehrála rozhodující úlohu při kosmické nukleosyntéze prvků těžších než železo během
výbuchů supernov (viz pasáž "Kosmická alchymie jsme potomky hvězd!" §1.1), hned vidíme zjevný paradox: jak mohou (kladných) jader
vylétat (záporné) elektrony, když tam jsou jen kladné protony nenabité neutrony, ale žádné elektrony?
Pozn. pravé části znázorněno spojité energetické spektrum záření β.1.3.1 "Gravitace evoluce hvězd"
knihy "Gravitace, černé díry fyzika prostoročasu", nebo sylabus "Kosmická alchymie"). Proton jakožto legitimní nukleon
zůstává jádře vázán silnou interakcí, zatímco elektron vyletí velkou rychlostí ven jakožto záření β−
(odnáší rozdíl energií mezi jádry B). Takto jádře vázaný neutron, dřív než "stihne" rozpadnout β-
rozpadem, (vzájemnou výměnou π-mezonu nejbližším protonem) změní proton, nově zrozenému neutronu
"běží rozpadový čas opět 0", znovu přemění proton atd.
Typickým příkladem radioaktivity beta β-přeměna tritia 3H1 3He2 hélium nebo uhlíku 14C6 14N7 +
e− dusík.
Když zjistilo, radioaktivita vyskytuje jader přebytkem neutronů, našlo vysvětlení
vzniku záření β−: Některému "nadbytečných" neutronů "zachce" stát vzácnějším protonem -
udělá přeměnou: (částice zatím nevšímejme).2 Radioaktivita
Obr.cz/JadRadFyzika2., zprostředkovaná výměnou virtuálních π-mezonů (které dříve považovaly za
zprostředkovatele silné interakce mezi nukleony). Vojtěch Ullmann: Jaderná radiační fyzika.2.
Vzpomeneme-li složení jádra (§1.htm (13 36) [15.
Aby radioaktivitě mohlo dojít, musí být splněna hmotnostně~energetická podmínka m(Z+1,N) +
http://astronuklfyzika. Pouze tehdy, když neutronů jádře
"přebytek", vzniká jistá pravděpodobnost, některý neutronů "nenajde včas" vhodného partnera pro mezonovou
výměnu rozpadne β-rozpadem; pak pozorujeme jako β--radioaktivitu takového jádra.1.2.10. Základní schéma radioaktivity β−.
*) "neutronu zachce stát protonem" samozřejmě jen zlehčené alegorické vyjádření; skutečný mechanismus
rozpadu bude stručně rozebrán níže souvislosti slabými jadernými interakcemi, obr.
Někdy můžeme setkat následující argumentací:
Pokud neutron silnou interakcí vázán jádře spolu protony, dochází tzv
