¿Evidencia de que los núcleos contienen neutrones y protones (aparte de los nucleones que aparecen si se rompe un núcleo)?

La evidencia de que hay distintos protones y neutrones en los núcleos comienza con el término de Pauli ( término de emparejamiento) en la fórmula de masa semiempírica del modelo de gota líquida.

Además, todos los núcleos con números pares de protones y neutrones tienen espín nuclear de cero. Esto es consistente con las capas que se llenan con pares de nucleones de espín hacia arriba y hacia abajo, cada par resulta en un espín cero neto.

De manera más general, que los datos experimentales sean consistentes con el modelo de capa nuclear es evidencia de que existen distintos protones y neutrones en el núcleo.

Además, los protones y los neutrones se mantienen unidos por el intercambio de piones. El intercambio puede dar como resultado que el protón se convierta en un neutrón y un neutrón en un protón, por lo que no es que existan completamente "tal como son".

Consulte Una reevaluación del mecanismo de intercambio de piones y sus implicaciones para la enseñanza de la física de partículas para una discusión más detallada sobre el intercambio de piones.

Respuesta corta: podemos medir sus funciones de distribución de energía y momento en el núcleo .

Hacemos esto interactuando con ellos individualmente, ya sea eliminándolos de un núcleo que de otro modo no sería perturbado (dispersión cuasi-elástica) o excitándolos a estados de mayor energía dentro del núcleo (muchas reacciones de dispersión inelástica respaldadas por datos de varias capturas y producción). reacciones).

Dispersión cuasi-elástica

La ruta de dispersión cuasi-elástica es una reacción que conozco bien porque hice mi trabajo de disertación sobre Transparencia de color usando$A(e,e'p)$como la sonda. Un haz de electrones bien caracterizado se dispersa desde un objetivo nuclear fijo y los productos se miden con dos espectrómetros colocados y sintonizados para detectar el electrón y el protón dispersos en cinemática elástica (es decir, como si el objetivo hubiera sido$^1\mathrm{H}$en lugar de un núcleo) dentro de Fermi-momentum. Lo único que es difícil acerca de la medición es qué tan pequeña se vuelve la sección transversal a medida que la transferencia de impulso al cuadrado$Q^2$crece

La medida nos da una imagen de la distribución de energía y momento de los protones dentro del núcleo , y para pequeños$A$estos resultados son bastante consistentes con los resultados de los cálculos de campo medio (que concuerdan con el modelo abstracto de capas para la estructura nuclear). para más grande$A$siguen siendo cualitativamente consistentes pero la precisión del acuerdo cae un poco.

Quiero enfatizar que aunque la reacción aquí es una reacción de eliminación, lo que estamos midiendo es la energía y el momento que el nucleón eliminado tenía dentro del núcleo .

Excitación

Al medir las energías de los rayos gamma liberados por los núcleos excitados y la transferencia de impulso a las partículas utilizadas para excitarlos, obtenemos otra prueba de la estructura interna de los núcleos y esta prueba es igualmente consistente con el modelo de capa. Un conjunto de datos sobre el que he leído aquí se refiere a los niveles de energía de$^{17}\mathrm{O}$, que puede probarse in situ , mediante varias colisiones inelásticas y mediante la creación de estados altamente excitados de corta duración en la reacción$^{13}\mathrm{C}(\alpha,n)^{16}\mathrm{O}$.

Aquí estamos midiendo la diferencia de energías entre diferentes estados ocupados por nucleones individuales. De nuevo, la energía que tenía el nucleón en el núcleo.