Können Neutrinos Atomkerne durchdringen?

[Eyk van Bommel]

Zitat von Geku

Aber warum ist das Neutron innerhalb des Atomkerns stabil?

Im Kern sind sich Protonen und Neutronen so nah, dass diese sich ineinander Umwandeln können. Protonen und Neutronen liegen somit in einem eher unscharfen Zustand vor. Die lokalisation der Neutronen verschwimmt und können daher schwerer Zerfallen.
(In eigenen Worten)

[Ich]

Das ist nicht der Grund, sondern die Anwesenheit weiterer Protonen im Kern. Wenn sich ein Neutron zum Proton wandelt, dann muss dazu genügend Energie bereitgestellt werden, dass das neue Proton so nah im abstoßenden Potential der anderen Protonen existieren kann. So viel Energie ist in stabilen Atomkernen einfach nicht vorhanden, deswegen geht die Umwandlung nicht.

[Hawkwind]

Zitat von Ich

Das ist nicht der Grund, sondern die Anwesenheit weiterer Protonen im Kern. Wenn sich ein Neutron zum Proton wandelt, dann muss dazu genügend Energie bereitgestellt werden, dass das neue Proton so nah im abstoßenden Potential der anderen Protonen existieren kann. So viel Energie ist in stabilen Atomkernen einfach nicht vorhanden, deswegen geht die Umwandlung nicht.

Klingt plausibel - in Kernen mit starkem Protonenüberschuss ist ja dann selbst das Proton nicht mehr stabil sondern zerfällt via Beta-Plus in ein Neutron, Positron und Neutrino. Entscheidend ist hier die Bindungssituation des Gesamtsystems.

[Eyk van Bommel]

Zitat von Ich

Das ist nicht der Grund, sondern die Anwesenheit weiterer Protonen im Kern. Wenn sich ein Neutron zum Proton wandelt, dann muss dazu genügend Energie bereitgestellt werden, dass das neue Proton so nah im abstoßenden Potential der anderen Protonen existieren kann. So viel Energie ist in stabilen Atomkernen einfach nicht vorhanden, deswegen geht die Umwandlung nicht.

"Simple Lösung" o.k.
Welche Energie ist hier gemeint? Vermutlich die Bindungsenergie (Link von Hawkwind)?
Meine Darstellung war nicht grundsätzlich falsch - ist aber halt eher die Erklärung der Haftwirkung. Wobei hier nicht unbedingt der "positionstausch" notwendig wäre - der "Dipolcharakter" wäre ausreichend?
Hab mich zu wenig damit beschäftigt.

[Eyk van Bommel]

Zitat von Hawkwind

Klingt plausibel - in Kernen mit starkem Protonenüberschuss ist ja dann selbst das Proton nicht mehr stabil sondern zerfällt via Beta-Plus in ein Neutron, Positron und Neutrino. Entscheidend ist hier die Bindungssituation des Gesamtsystems.

O.k - Du warst schneller.
Entscheidend ist hier die Bindungssituation des Gesamtsystems.

[Ich]

Zitat von Eyk van Bommel

"Simple Lösung" o.k.
Welche Energie ist hier gemeint? Vermutlich die Bindungsenergie (Link von Hawkwind)?

Du musst elektrische Energie aufwenden, um so viele Protonen zusammenzubringen. Die muss irgendwoher kommen. Der Massenüberschuss des Neutrons reicht da normalerweise nicht. In manchen Kernen kann die Austauschenergie dafür reichen.

Meine Darstellung war nicht grundsätzlich falsch - ist aber halt eher die Erklärung der Haftwirkung. Wobei hier nicht unbedingt der "positionstausch" notwendig wäre - der "Dipolcharakter" wäre ausreichend?
Hab mich zu wenig damit beschäftigt.

Du redest vom Austauschmodell (nicht zu verwechseln mit der Austauschenergie oben). Nicht grundsätzlich falsch, aber dass diese die Stabilität der Neutronen erklären würde ist schon falsch.

[Eyk van Bommel]

Zitat von Ich

Du musst elektrische Energie aufwenden, um so viele Protonen zusammenzubringen. Die muss irgendwoher kommen. Der Massenüberschuss des Neutrons reicht da normalerweise nicht. In manchen Kernen kann die Austauschenergie dafür reichen..

Schade, dass es hier auf Wiki nicht aufgeführt wird.

Chatgpt: just for fun.

Ein freies Neutron ist instabiler als ein Neutron im Atomkern aus mehreren Gründen:

Energiezustände: Ein freies Neutron befindet sich in einem energetisch höheren Zustand als ein Neutron im Atomkern. Das bedeutet, dass ein freies Neutron eine höhere potenzielle Energie hat und eher dazu neigt, in einen energetisch günstigeren Zustand überzugehen.

Bindungsenergie: Neutronen im Atomkern sind durch die starke Kernkraft gebunden, die eine attraktive Wechselwirkung zwischen den Nukleonen (Protonen und Neutronen) vermittelt. Diese Bindungsenergie hält die Neutronen im Kern zusammen. Ein freies Neutron hingegen ist nicht von dieser starken Kernkraft gebunden und hat daher eine höhere potenzielle Energie.

Zerfallsprozess: Das freie Neutron unterliegt einem Zerfallsprozess, der als Neutronenzerfall bezeichnet wird. Bei diesem Prozess wandelt sich das Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino um. Dieser Zerfall wird durch die schwache Wechselwirkung vermittelt, die eine geringere Reichweite und Stärke als die starke Kernkraft hat. Die Wahrscheinlichkeit für einen Neutronenzerfall ist relativ hoch, da das freie Neutron in einem energetisch ungünstigen Zustand ist und durch den Zerfall in einen energetisch günstigeren Zustand übergehen kann.

Insgesamt kann man sagen, dass ein freies Neutron aufgrund seines energetischen Zustands und des Fehlens einer starken Bindungskraft im Vergleich zu einem Neutron im Atomkern instabil ist und zum Neutronenzerfall neigt.

Ohne dich nerven zu wollen, könnte eine Folge des Austauschmodells nicht sein, dass das Neutron energetisch noch niedriger liegt, als es ohne Austauschmodell möglich wäre?

Ich habe zwar beschränkte Kenntnisse darin, aber durch Messomerie-Effekte (wo es ja ähnlich ist) hat Benzol ja auch eine niedrigere Energie. Allein durch die Delokalisation, wenn man so möchte.

Man könnte vielleicht sagen: Im Atomkern sind Protonen und Neutronen die "Messomeren-Grenzstrukturen" (Para/Ortho) des Atomkerns - Aufgrund der Wechselwirkung im Austauschmodell.

[Ich]

Zitat von Eyk van Bommel

Ohne dich nerven zu wollen, könnte eine Folge des Austauschmodells nicht sein, dass das Neutron energetisch noch niedriger liegt, als es ohne Austauschmodell möglich wäre?

Ich finde, die Aussage unserer KI hier grenzt an Themaverfehlung.
Sicher hat ein gebundenes Neutron weniger Energie als ein freies, das ist mehr oder weniger die Definition von Bindung.
Allerdings soll ja auch nicht ein gebundenes Neutron in ein freies Proton zerfallen, was bei ausreichender Bindungsenergie nicht möglich wäre.

Die Frage ist, warum ein gebundenes Neutron nicht in ein gebundenes Proton zerfallen kann. Wenn die Bindungsenergie für beide gleich wäre, würde ein gebundenes Neutron genauso schnell zerfallen wie ein freies, weil die Energiedifferenz, auf die es ankommt, dieselbe ist.

Es ist nun aber so, dass - egal, was sich sonst an Bindungsenergien ändern mag - ein Proton in der Nähe anderer Protonen überhaupt nicht gebunden ist, sondern eine sehr große elektrische Abstoßung erfährt. Was einem deutlich höheren Energiezustand entspricht. Also muss man Energie reinstecken für so eine Umwandlung - und zwar deutlich mehr, als der Massendefekt hergibt. Deswegen geht das nicht, und das Neutron ist stabil.

Was dagegen arbeitet, ist die Austauschenergie: Wenn man viele gleiche Fermionen an einem Ort zusammenpferchen will, dann müssen die immer höhere Energiezustände besetzen, weil wegen des Pauli-Prinzips keine zwei gleichen Fermionen denselben Zustand einnehmen können.
Wenn in einem Atomkern nun sehr viel mehr Neutronen als Protonen sind, dann besetzt das energiereichste Neutron einen deutlich höheren Zustand als das energiereichste Proton, die sich ja nicht so drängeln müssen. Wenn man diese Differenz mit einrechnet, kann sich ein Neutronenzerfall wieder lohnen: Durch das Entfernen eines Neutrons wird mehr Energie frei, als man für das Hinzufügen eines Protons reinstecken muss. Ein solcher Kern ist instabil gegenüber Beta-Zerfall.

[Geku]

Zitat von Hawkwind

Klingt plausibel - in Kernen mit starkem Protonenüberschuss ist ja dann selbst das Proton nicht mehr stabil sondern zerfällt via Beta-Plus in ein Neutron, Positron und Neutrino. Entscheidend ist hier die Bindungssituation des Gesamtsystems.

Mit zunehmender Anzahl von Nukliden weichen die stabilen Nuklide von N=P ab:

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Nuklidkarte640px-Nuklidkarte_Segre.svg.jpg

[Hawkwind]

Zitat von Geku

Mit zunehmender Anzahl von Nukliden weichen die stabilen Nuklide von N=P ab:

https://de.m.wikipedia.org/wiki/NuklidkarteAnhang 648

Jau, das war selbst mir bekannt.