¿Cómo interactúan exactamente los protones y los electrones entre sí?

¿Cómo intercambian estas partículas información sobre la carga y la posición entre ellas, a pesar de que en su mayoría hay espacio vacío entre ellas?

Además, ¿qué sucede si un electrón libre pasa más cerca de un núcleo de un átomo de hidrógeno que su propio electrón?

Mis conjeturas al azar hasta ahora:

  1. El protón no reaccionará porque de alguna manera está bloqueado con su electrón existente.
  2. Proton lo atrapará y soltará el anterior.
  3. Proton lo atrapará y los mantendrá a ambos con la mitad de la fuerza.
  4. El electrón existente simplemente repelerá el entrante.
  5. ¿Algo más?

Respuestas (2)

El protón y el electrón intercambian información a través de un bosón de calibre, en este caso, un fotón virtual. Así es como se media la interacción electromagnética.

En cuanto a su otra pregunta, el electrón se desacelerará y desviará y emitirá un fotón, liberando parte de su energía en un proceso llamado Bremsstrahlung .

También podría quedar atrapado en un anión de hidrógeno en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_anion , si tiene la energía adecuada a medida que se dispersa.
@annav ¿Significa que el protón atrae a estos dos electrones con la mitad de la fuerza o lo hace con toda la fuerza pero solo por 1/2 vez cada uno? ¿La carga no está cuantizada y, por lo tanto, no se puede dividir?
observe los niveles de energía del átomo de hidrógeno hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hyde.html#c2 . Si un electrón con la energía adecuada es atrapado en el nivel n=1 más bajo, tiene dos estados de espín, por lo que dos electrones pueden estar allí. el átomo es neutro con uno, pero el otro nivel de energía existe y puede atrapar un segundo electrón si tiene la energía correcta o si libera parte de su energía en un fotón. Los electrones están en orbitales alrededor del núcleo, es decir, distribuciones de probabilidad en el espacio hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/chemical/eleorb.html
En la mecánica cuántica ya no se habla de "atracción" ya que las posibles posiciones y niveles de energía están cuantizados, no continuos como en la física clásica de fuerzas de atracción. El potencial es el potencial 1/r de la electricidad, pero las soluciones son los niveles de energía y dos electrones con espines diferentes pueden estar al mismo nivel, y también los electrones pueden quedar atrapados en niveles de energía más altos.

C: Ver "Mecánica Cuántica". Más específicamente, desea soluciones para las ecuaciones de Schrödinger que representan su sistema. En este caso es un electrón representado por una función de densidad de probabilidad

ψ ( X → , t )
bajo un potencial
V ( X → )
que es la función de energía potencial del sistema. Contiene información sobre las distancias relativas y las cargas de las partículas en el sistema.

Una vez que encontramos la solución ψ ( X → , t ) , tanto para variables de espacio como de tiempo para

i ℏ ∂ ∂ t ψ = H ^ ψ
dónde H ^ contiene información sobre la energía del sistema a partir del potencial mencionado V ( X → ) , ¡tenemos un modelo evolutivo en el tiempo del sistema!

Esto nos permite crear una imagen en movimiento tridimensional de la densidad de probabilidad del electrón en este sistema. En otras palabras, podemos ver las diversas ubicaciones que puede tener este electrón con respecto al átomo de hidrógeno. La trama no sería de ψ ( X → , t ) , pero de | ψ ( X → , t ) | 2 según las reglas de las matemáticas subyacentes. Conociendo las ecuaciones de energía del movimiento podemos calcular las ecuaciones de movimiento de Euler-Lagrange para el sistema. Estas resultan ser las ecuaciones de movimiento que responderían a sus preguntas sobre cómo interactuaría su sistema.

A partir de ahí podemos calcular las ecuaciones de momento correspondientes del sistema y llegar a las mismas funciones de movimiento antes mencionadas. Para una introducción más rigurosa al curso, recomiendo Matemáticas para la mecánica cuántica: un estudio introductorio de operadores, valores propios y espacios vectoriales lineales (Dover Books on Mathematics) de John David Jackson o Lectures on Quantum Mechanics de Paul Dirac.

Para una introducción más conceptual recomiendo The Quantum World: Quantum Physics for Everyone de Kenneth W. Ford y Diane Goldstein o The Quantum Universe: (And Why Anything That Can Happen, Does) de Brian Cox.

¡Feliz lectura, erudito!

También solo lea la otra respuesta, y si observa la trama que ve en la página wiki para obtener la imagen exacta del escenario, verá trayectorias de posición-momento etiquetadas por sus energías C:
¿Cómo interactúan exactamente los protones y los electrones entre sí?
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