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宇宙中四种力的翘首就是最强的核力了。但这个力到底有多大,从教科书到参考文献,都吞吞吐吐不肯给出具体数值,且史上也从未有人给出实验测试数据。
此问题理论上可这样处理:首先通过核反应测出质量亏损,根据质能方程得出结合能量,再间接估算核力。但这样的估算也难从任何出版物查到。
今天我就迈出这一步,看看强核力究竟有多大?
拿氘元素的实验数据,能推算单个质子和单个中子之间的强核力。
查核同位素专业数据表,得知:裂解氘成为质子和中子需要消耗能量2.22456MeV。
又有1MeV= 1.602*10-13J(焦耳)。
质子与中子半径近似1.11fm(飞米)。两个粒子脸贴在一起的时候,质心距离2.22fm为极限距离,再短就得把粒子压碎或者压扁了。
根据核物理基础知识,强核力是短程力,大约2.5fm之后就与长程的电磁力抵消,3fm之后强核力消失为0。
因掰开氘的质子和中子没有电磁力的参合,所以掰力的作用距离约为3 -2.22= 0.78fm,而不是2.5 -2.22= 0.28fm。
做功= 作用力*作用距离。因而平均掰力= 2.22456*1.602*10-13/(0.78*10-15)= 456N。
将单位牛顿化为公斤,则为46.5kg。
注意,计算出的掰力是平均数,刚掰的时候,质子和中子是贴在一起时候,这时候的核力是最大的,保守算也得将平均力翻倍即902N或93kg。
据说核力随距离是指数衰减的,这样的话,即将掰开前的力可以小得稍微大于0,但起始掰力加码到一二吨也是有可能的!
所以,两个壮汉也许才能有一线希望掰开氘核,虽然平均每人出掰力46kg对壮汉是小意思,似乎科学网两女将CY《-》YC也能搞定,但要靠运气隧穿起掰的巨大势垒。保险起见的话,得用卡车才能拽开!
上述估算很粗略,平均质子中子掰开力46kg的置信度,能有80%就谢天谢地了,因为强力减为0的精确距离无高精度数据。至于起始掰力置信度更低,因为核力曲线的精确方程未知。
其实教科书在画核力曲线时,也是含糊不清的,也没有明说距离坐标--到底是指的质心距离呢,还是粒子的表面最近点距离。官方核力坐标上能看出距离0.7fm时候,核力达到极限大值,如果该坐标代表质心距离的话,则说明核子是可以压扁的,因为没承压的质子半径1.11fm。我这里核力估算,姑且就把官方核力横坐标当质心距离解读。
至于质子与质子,或者中子与中子之间的核力估算,前者需要原子量为2的氦同位素He2(双质子)的数据,后者需要原子量为2的0号元素的数据(双中子)。遗憾这些都不能稳定存在,存活期短于10-22数量级秒,但可以粗略假定类同于质子与中子之间的核力。
从大质量原子核抠出质子或中子,更甭提多费力了,因为一个核子周围有很多核子贴在一起。就算从核表皮抠拽,一个核子也可能与3个左右的其它核子相贴,起码核力在前述估算值的3倍左右--140kg!
强核力的大小真的是恰到好处。估算表明:假设强力增加2%话,双质子核就能稳定存在,抑或减少2%的话,双中子核就会存在。两种情形都将引起现有宇宙的合成各种元素丰度的巨大改变,也就是说造物主一不留神,人类将不会存在于宇宙!
核力的估算,使我们更加认清了:物质世界的内核,真的是刚刚的,原子核内蕴藏着巨大的能量!
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GMT+8, 2024-8-15 04:24
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