นิวเคลียสเป็นระบบควอนตัม คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของหลักการควอนไทซ์ขนาดระบบอิเล็กทรอนิกส์มิติต่ำ

นิวเคลียสของอะตอมก็เหมือนกับวัตถุอื่นๆ ของไมโครเวิร์ล เป็นระบบควอนตัม ซึ่งหมายความว่าคำอธิบายเชิงทฤษฎีของคุณลักษณะนั้นต้องการการมีส่วนร่วมของทฤษฎีควอนตัม ในทฤษฎีควอนตัม คำอธิบายของสถานะของระบบกายภาพจะขึ้นอยู่กับ ฟังก์ชันคลื่นหรือ แอมพลิจูดความน่าจะเป็นψ(α,t). กำลังสองของโมดูลัสของฟังก์ชันนี้กำหนดความหนาแน่นของความน่าจะเป็นในการตรวจจับระบบภายใต้การศึกษาในสถานะที่มีลักษณะเฉพาะ α – ρ (α,t) = |ψ(α,t)| 2. อาร์กิวเมนต์ของฟังก์ชันคลื่นสามารถเป็นได้ ตัวอย่างเช่น พิกัดของอนุภาค
ความน่าจะเป็นทั้งหมดมักจะถูกทำให้เป็นมาตรฐานเป็นหนึ่ง:

ปริมาณทางกายภาพแต่ละปริมาณสัมพันธ์กับโอเปอเรเตอร์ Hermitian เชิงเส้นซึ่งทำหน้าที่ในปริภูมิของ Hilbert ของฟังก์ชันคลื่น ψ สเปกตรัมของค่าที่ปริมาณทางกายภาพสามารถรับได้นั้นพิจารณาจากสเปกตรัมของค่าลักษณะเฉพาะของผู้ดำเนินการ
ค่าเฉลี่ยของปริมาณทางกายภาพในรัฐ ψ คือ

() * = <ψ ||ψ > * = <ψ | + |ψ > = <ψ ||ψ > = .

สถานะของนิวเคลียสในฐานะระบบควอนตัม กล่าวคือ ฟังก์ชัน ψ(t) ปฏิบัติตามสมการชโรดิงเงอร์ ("u. Sh")

(2.4)

โอเปอเรเตอร์คือโอเปอเรเตอร์ Hermitian Hamilton ( แฮมิลตัน) ระบบ ร่วมกับเงื่อนไขเริ่มต้นของ ψ(t) สมการ (2.4) จะกำหนดสถานะของระบบเมื่อใดก็ได้ ถ้ามันไม่ขึ้นอยู่กับเวลาแล้วล่ะก็ พลังงานทั้งหมดของระบบคืออินทิกรัลของการเคลื่อนที่สถานะที่พลังงานทั้งหมดของระบบมีค่าที่แน่นอนเรียกว่า เครื่องเขียน.สถานะเครื่องเขียน อธิบายโดยฟังก์ชันลักษณะเฉพาะของโอเปอเรเตอร์ (แฮมิลโทเนียน):

ψ(α,t) = Eψ(α,t); ψ (α ) = Eψ( α ).

(2.5)

สมการสุดท้าย - สมการชโรดิงเงอร์อยู่กับที่ซึ่งกำหนดโดยเฉพาะอย่างยิ่งชุด (สเปกตรัม) ของพลังงานของระบบนิ่ง
ในสภาวะนิ่งของระบบควอนตัม นอกจากพลังงานแล้ว ยังสามารถอนุรักษ์ปริมาณทางกายภาพอื่นๆ ได้อีกด้วย เงื่อนไขสำหรับการอนุรักษ์ปริมาณทางกายภาพ F คือความเท่าเทียมกัน 0 ของตัวสับเปลี่ยนของตัวดำเนินการกับตัวดำเนินการ Hamilton:

[,] ≡ – = 0.

(2.6)

1. สเปกตรัมของนิวเคลียสอะตอม

ธรรมชาติของควอนตัมของนิวเคลียสของอะตอมนั้นแสดงออกมาในรูปแบบของสเปกตรัมการกระตุ้น (ดูตัวอย่างเช่น รูปที่ 2.1) สเปกตรัมในบริเวณพลังงานกระตุ้นของนิวเคลียส 12 C ด้านล่าง (โดยประมาณ) 16 MeV มันมี ตัวละครที่ไม่ต่อเนื่องเหนือพลังงานนี้สเปกตรัมจะต่อเนื่อง ลักษณะที่ไม่ต่อเนื่องของสเปกตรัมกระตุ้นไม่ได้หมายความว่าความกว้างของระดับในสเปกตรัมนี้จะเท่ากับ 0 เนื่องจากระดับที่ตื่นเต้นแต่ละระดับของสเปกตรัมมีอายุการใช้งานเฉลี่ยที่จำกัด τ ความกว้างของระดับ Г จึงมีขอบเขตและสัมพันธ์กับ อายุขัยเฉลี่ยโดยความสัมพันธ์ที่เป็นผลมาจากความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนของพลังงานและเวลา ∆t ∆E ≥ ћ :

ไดอะแกรมของสเปกตรัมของนิวเคลียสบ่งบอกถึงพลังงานของระดับของนิวเคลียสใน MeV หรือ keV เช่นเดียวกับการหมุนและความเท่าเทียมกันของรัฐ ไดอะแกรมยังระบุ ถ้าเป็นไปได้ isospin ของรัฐ (เนื่องจากไดอะแกรมของสเปกตรัมให้ ระดับพลังงานกระตุ้นพลังงานของสถานะพื้นดินเป็นแหล่งกำเนิด) ในพื้นที่ของพลังงานกระตุ้นE< E отд - т.е. при энергиях, меньших, чем энергия отделения нуклона, спектры ядер - ไม่ต่อเนื่อง. หมายความว่า ความกว้างของระดับสเปกตรัมน้อยกว่าระยะห่างระหว่างระดับ G< Δ E.

ระบบควอนตัมของอนุภาคที่เหมือนกัน

คุณสมบัติควอนตัมของพฤติกรรมของอนุภาคขนาดเล็กซึ่งแยกความแตกต่างจากคุณสมบัติของวัตถุมหภาค ไม่เพียงปรากฏเมื่อพิจารณาการเคลื่อนที่ของอนุภาคเดียว แต่ยังปรากฏเมื่อวิเคราะห์พฤติกรรม ระบบ อนุภาคขนาดเล็ก . สิ่งนี้เห็นได้ชัดเจนที่สุดในตัวอย่างของระบบทางกายภาพที่ประกอบด้วยอนุภาคที่เหมือนกัน - ระบบของอิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน ฯลฯ

สำหรับระบบจาก นู๋ อนุภาคที่มีมวล t 01 , t 02 , … t 0 ผม , … ม 0 นู๋, มีพิกัด ( x ผม , y ผม , z ผม) , ฟังก์ชั่นคลื่นสามารถแสดงเป็น

Ψ (x 1 , y 1 , z 1 , … x ผม , y ผม , z ผม , … x นู๋ , y นู๋ , z นู๋ , t) .

สำหรับระดับประถมศึกษา

dV ผม = dx ผม . dy ผม . dz ผม

ขนาด

w =

กำหนดความน่าจะเป็นที่อนุภาคหนึ่งอยู่ในปริมาตร dV 1 , อื่นในปริมาณ dV 2 เป็นต้น

ดังนั้น เมื่อทราบถึงฟังก์ชันคลื่นของระบบอนุภาค เราจึงสามารถค้นหาความน่าจะเป็นของการกำหนดค่าเชิงพื้นที่ใดๆ ของระบบอนุภาคขนาดเล็ก เช่นเดียวกับความน่าจะเป็นของปริมาณเชิงกลใดๆ ทั้งสำหรับระบบโดยรวมและสำหรับอนุภาคแต่ละตัว และคำนวณค่าเฉลี่ยของปริมาณทางกลด้วย

ฟังก์ชันคลื่นของระบบอนุภาคหาได้จากสมการชโรดิงเงอร์

, ที่ไหน

ตัวดำเนินการฟังก์ชันแฮมิลตันสำหรับระบบอนุภาค

+ .

ฟังก์ชันแรงสำหรับ ผม- อนุภาคในสนามภายนอกและ

พลังงานปฏิสัมพันธ์ ผม- โอ้และ เจ- โอ้ อนุภาค

การแยกไม่ออกของอนุภาคที่เหมือนกันในควอนตัม

กลศาสตร์

อนุภาคที่มีมวลเท่ากัน ประจุไฟฟ้า การหมุน ฯลฯ จะทำงานเหมือนกันทุกประการภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน

แฮมิลตันของระบบอนุภาคดังกล่าวที่มีมวลเท่ากัน ม oi และแรงเดียวกัน ทำหน้าที่ ยูฉันสามารถเขียนได้ตามข้างบนนี้

หากระบบมีการเปลี่ยนแปลง ผม- โอ้และ เจ- อนุภาค ดังนั้น เนื่องจากเอกลักษณ์ของอนุภาคที่เหมือนกัน สถานะของระบบจึงไม่ควรเปลี่ยนแปลง พลังงานทั้งหมดของระบบ เช่นเดียวกับปริมาณทางกายภาพทั้งหมดที่ระบุสถานะของระบบ จะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

หลักการเอกลักษณ์ของอนุภาคที่เหมือนกัน: ในระบบของอนุภาคที่เหมือนกัน สถานะดังกล่าวเท่านั้นที่จะรับรู้ซึ่งจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อมีการจัดเรียงอนุภาคใหม่

สถานะสมมาตรและต้านสมมาตร

ให้เราแนะนำตัวดำเนินการการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคในระบบที่กำลังพิจารณา - . ผลของโอเปอเรเตอร์นี้คือมันสลับกัน ผม- ว้าว และเจ- อนุภาคของระบบ

หลักการของเอกลักษณ์ของอนุภาคที่เหมือนกันในกลศาสตร์ควอนตัมนำไปสู่ความจริงที่ว่าสถานะที่เป็นไปได้ทั้งหมดของระบบที่เกิดจากอนุภาคที่เหมือนกันแบ่งออกเป็นสองประเภท:

สมมาตร, ซึ่ง

ไม่สมมาตร, ซึ่ง

(x 1 , y 1 ,z 1 … x นู๋ , y นู๋ , z นู๋ , t) = - Ψ อา ( x 1 , y 1 ,z 1 … x นู๋ , y นู๋ , z นู๋ , t).

หากฟังก์ชันคลื่นที่อธิบายสถานะของระบบมีความสมมาตร (ต้านสมมาตร) ในบางช่วงเวลา แสดงว่าสมมาตรประเภทนี้ ยังคงอยู่ในช่วงเวลาอื่น

โบซอนและเฟอร์มิออน

อนุภาคที่มีสถานะอธิบายโดยฟังก์ชันคลื่นสมมาตรเรียกว่า โบซอน สถิติของโบส–ไอน์สไตน์ . โบซอนคือโฟตอน π- และ ถึง- mesons, phonons ร่างกายแข็งแรง, excitons ในเซมิคอนดักเตอร์และไดอิเล็กทริก โบซอนทั้งหมดมีศูนย์หรือ หมุนจำนวนเต็ม .

อนุภาคที่มีสถานะอธิบายโดยฟังก์ชันคลื่นต้านสมมาตรเรียกว่า fermions . ระบบที่ประกอบด้วยอนุภาคดังกล่าวเชื่อฟัง สถิติ Fermi–Dirac . Fermions ได้แก่ อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน นิวตริโน และ อนุภาคมูลฐานและปฏิปักษ์ทั้งหมดด้วยครึ่งหลัง.

ความเชื่อมโยงระหว่างการหมุนของอนุภาคกับประเภทของสถิติยังคงใช้ได้ในกรณีของอนุภาคที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน หากการหมุนทั้งหมดของอนุภาคเชิงซ้อนมีค่าเท่ากับจำนวนเต็มหรือศูนย์ แสดงว่าอนุภาคนี้เป็นโบซอน และถ้ามันเท่ากับครึ่งจำนวนเต็ม แสดงว่าอนุภาคนั้นเป็นเฟอร์เมียน

ตัวอย่าง: α-อนุภาค() ประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนสองตัวคือ สี่ fermions พร้อมสปิน + ดังนั้นการหมุนของนิวเคลียสคือ 2 และนิวเคลียสนี้เป็นโบซอน

นิวเคลียสของไอโซโทปแสงประกอบด้วยโปรตอนสองตัวและนิวตรอนหนึ่งตัว (สามเฟอร์มิออน) การหมุนของนิวเคลียสนี้คือ ดังนั้นแกนกลางจึงเป็นเฟอร์เมียน

หลักการเปาลี (ข้อห้ามเปาลี)

ในระบบที่เหมือนกันfermions ไม่มีอนุภาคสองอนุภาคใดสามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันได้

สำหรับระบบที่ประกอบด้วยโบซอน หลักการสมมาตรของฟังก์ชันคลื่นไม่ได้กำหนดข้อจำกัดใดๆ เกี่ยวกับสถานะของระบบ สามารถอยู่ในสถานะเดียวกันได้ โบซอนที่เหมือนกันจำนวนเท่าใดก็ได้

ระบบธาตุเป็นระยะ

เมื่อมองแวบแรก ดูเหมือนว่าในอะตอม อิเล็กตรอนทั้งหมดควรเติมระดับด้วยพลังงานที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าไม่เป็นเช่นนั้น

ตามหลักการของเปาลี ในอะตอม ไม่มีอิเล็กตรอนที่มีค่าเท่ากันของตัวเลขควอนตัมทั้งสี่ตัว

แต่ละค่าของตัวเลขควอนตัมหลัก พี สอดคล้อง 2 พี 2 รัฐที่แตกต่างจากกันโดยค่าของตัวเลขควอนตัม l , ม และ ม ส .

ชุดอิเล็กตรอนของอะตอมที่มีค่าเท่ากันของเลขควอนตัม พี สร้างเปลือกที่เรียกว่า ตามจำนวน พี

เปลือกหอยแบ่งออกเป็น เปลือกย่อย, แตกต่างกันในจำนวนควอนตัม l . จำนวนสถานะในเชลล์ย่อยคือ 2(2 l + 1).

สถานะต่างๆ ในเชลล์ย่อยต่างกันในจำนวนควอนตัม t และ ม ส .

เปลือก

เปลือกย่อย

t ส

ระบบประกอบด้วย จากจำนวนมาก เหมือนกันระบบย่อย การซิงโครไนซ์ของการปล่อยเป็นไปได้ ควอนตัมการเปลี่ยนผ่านสู่ชั้น ... ที่แตกต่างกันนั้นไม่มีกัมมันตภาพรังสี ควอนตัมทางแยกประกอบเป็นทางแยกอุโมงค์ อนุภาค. อุโมงค์ ควอนตัมทรานซิชั่นช่วยให้คุณอธิบาย ... การคำนวณ ควอนตัม- พารามิเตอร์ทางเคมีของ PAS และการกำหนด "โครงสร้าง-กิจกรรม" ขึ้นอยู่กับตัวอย่างของซัลโฟนาไมด์ งานประกาศนียบัตร >> เคมี Xn) เป็นฟังก์ชันคลื่นสำหรับ ระบบ จากน อนุภาคซึ่งขึ้นอยู่กับ...พื้นที่ของพวกเขา แท้จริงแล้ว อิเล็กตรอน เหมือนกลับพยายามหลีกเลี่ยงไม่ใช่...ความถูกต้องของผลลัพธ์ ซัลฟานิลาไมด์ ควอนตัมโมเลกุลอินทรีย์เคมี More... เคมีทั่วไปและอนินทรีย์ คู่มือการเรียน >> เคมี มีอิเล็กตรอนสองตัวพร้อมกัน เหมือนชุดสี่ ควอนตัม ควอนตัมตัวเลข (เติมออร์บิทัลด้วยอิเล็กตรอน ... ใกล้ค่าพลังงานE ระบบ จากนู๋ อนุภาค. เป็นครั้งแรกที่การเชื่อมต่อของ E กับความน่าจะเป็นของสถานะ ระบบก่อตั้งโดย L. Boltzmann ...

ระบบควอนตัมและคุณสมบัติของมัน

การกระจายความน่าจะเป็นเหนือพลังงานในอวกาศ

สถิติโบซอน การกระจายของแฟร์มี-ไอน์สไตน์

สถิติการหมัก การกระจาย Fermi-Dirac

ระบบควอนตัมและคุณสมบัติของมัน

ในสถิติคลาสสิก สันนิษฐานว่าอนุภาคที่ประกอบเป็นระบบเป็นไปตามกฎของกลศาสตร์คลาสสิก แต่สำหรับปรากฏการณ์หลายอย่าง เมื่ออธิบายวัตถุขนาดเล็ก จำเป็นต้องใช้กลศาสตร์ควอนตัม หากระบบประกอบด้วยอนุภาคที่เชื่อฟังกลศาสตร์ควอนตัม เราจะเรียกมันว่าระบบควอนตัม

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างระบบคลาสสิกและระบบควอนตัมรวมถึง:

1) Corpuscular-wave dualism ของอนุภาคขนาดเล็ก

2) ความรอบคอบ ปริมาณทางกายภาพอธิบายไมโครอ็อบเจ็กต์

3) คุณสมบัติการปั่นของอนุภาคขนาดเล็ก

ประการแรกบ่งบอกถึงความเป็นไปไม่ได้ในการกำหนดพารามิเตอร์ทั้งหมดของระบบอย่างแม่นยำซึ่งกำหนดสถานะของระบบจากมุมมองแบบคลาสสิก ข้อเท็จจริงนี้สะท้อนให้เห็นในความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนของ Heisandberg:

เพื่อที่จะอธิบายลักษณะทางคณิตศาสตร์เหล่านี้ของจุลภาคใน ฟิสิกส์ควอนตัมปริมาณถูกกำหนดให้เป็นโอเปอเรเตอร์ Hermitian เชิงเส้นที่ทำหน้าที่เกี่ยวกับคลื่น

ค่าลักษณะเฉพาะของตัวดำเนินการกำหนดค่าตัวเลขที่เป็นไปได้ของปริมาณทางกายภาพนี้ ค่าเฉลี่ยที่ตรงกับค่าของปริมาณเอง

เนื่องจากไม่สามารถวัดโมเมนต์และสัมประสิทธิ์ของอนุภาคขนาดเล็กของระบบพร้อมกันได้ ฟังก์ชันคลื่นจึงแสดงเป็นฟังก์ชันของพิกัด:

หรือเป็นหน้าที่ของแรงกระตุ้น:

กำลังสองของโมดูลัสของฟังก์ชันคลื่นกำหนดความน่าจะเป็นในการตรวจจับอนุภาคขนาดเล็กต่อหน่วยปริมาตร:

ฟังก์ชั่นคลื่นอธิบาย ระบบเฉพาะพบเป็นลักษณะเฉพาะของโอเปอเรเตอร์ Hamelton:

สมการชโรดิงเงอร์นิ่ง

สมการชโรดิงเงอร์ที่ไม่อยู่กับที่

หลักการแยกแยะไม่ออกของอนุภาคขนาดเล็กทำงานในโลกจุลภาค

หากฟังก์ชันคลื่นเป็นไปตามสมการชโรดิงเงอร์ ฟังก์ชันก็จะเป็นไปตามสมการนี้ด้วย สถานะของระบบจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อมีการสลับ 2 อนุภาค

ให้อนุภาคแรกอยู่ในสถานะ a และอนุภาคที่สองอยู่ในสถานะ b

สถานะของระบบอธิบายโดย:

หากอนุภาคมีการแลกเปลี่ยนกัน ดังนั้น: เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคไม่ควรส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมของระบบ

สมการนี้มี 2 คำตอบ:

ปรากฎว่าฟังก์ชั่นแรกได้รับการรับรู้สำหรับอนุภาคที่มีการหมุนเป็นจำนวนเต็มและส่วนที่สองสำหรับจำนวนเต็มครึ่งจำนวน

ในกรณีแรก 2 อนุภาคสามารถอยู่ในสถานะเดียวกัน:

ในกรณีที่สอง:

อนุภาคประเภทแรกเรียกว่า spin integer bosons ส่วนประเภทที่สองเรียกว่า femions (หลักการของ Pauli นั้นใช้ได้สำหรับพวกมัน)

Fermions: อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน...

โบซอน: โฟตอน, ดิวเทอรอน...

Fermions และ bosons ปฏิบัติตามสถิติที่ไม่ใช่แบบคลาสสิก ในการดูความแตกต่าง ให้นับจำนวนสถานะที่เป็นไปได้ของระบบที่ประกอบด้วยอนุภาคสองตัวที่มีพลังงานเท่ากันเหนือสองเซลล์ในพื้นที่เฟส

1) อนุภาคคลาสสิกแตกต่างกัน สามารถติดตามแต่ละอนุภาคแยกกันได้

อนุภาคคลาสสิก

ระดับพลังงาน (อะตอม โมเลกุล นิวเคลียร์)

1. ลักษณะของสถานะของระบบควอนตัม
2. ระดับพลังงานของอะตอม
3. ระดับพลังงานของโมเลกุล
4. ระดับพลังงานของนิวเคลียส

ลักษณะของสถานะของระบบควอนตัม

หัวใจสำคัญของคำอธิบายของเซนต์ในอะตอม โมเลกุล และนิวเคลียสของอะตอมคือ ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในองค์ประกอบปริมาตรที่มีมาตราส่วนเชิงเส้น 10 -6 -10 -13 ซม. เป็นกลศาสตร์ควอนตัม ตามกลศาสตร์ควอนตัม ระบบควอนตัมใดๆ (กล่าวคือ ระบบของอนุภาคขนาดเล็ก ซึ่งเป็นไปตามกฎควอนตัม) มีลักษณะเฉพาะด้วยชุดของสถานะบางชุด โดยทั่วไป ชุดของสถานะนี้สามารถเป็นแบบแยกส่วน (สเปกตรัมไม่ต่อเนื่องของสถานะ) หรือแบบต่อเนื่อง (สเปกตรัมต่อเนื่องของรัฐ) ลักษณะของสถานะของระบบแยก yavl พลังงานภายในของระบบ (ด้านล่าง มีเพียงพลังงาน) โมเมนตัมเชิงมุมทั้งหมด (MKD) และความเท่าเทียมกัน

พลังงานของระบบ
ระบบควอนตัมที่อยู่ในสถานะต่างกันโดยทั่วไปมีพลังงานต่างกัน พลังงานของระบบที่ถูกผูกไว้สามารถรับค่าใดก็ได้ ชุดค่าพลังงานที่เป็นไปได้นี้เรียกว่า สเปกตรัมพลังงานไม่ต่อเนื่อง และพลังงานถูกเรียกว่า quantized ตัวอย่างจะเป็นพลังงาน สเปกตรัมของอะตอม (ดูด้านล่าง) ระบบอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์แบบไม่ผูกมัดมีสเปกตรัมพลังงานที่ต่อเนื่อง และพลังงานสามารถรับค่าได้ตามอำเภอใจ ตัวอย่างของระบบดังกล่าวคือ อิเล็กตรอนอิสระ (E) ในสนามคูลอมบ์ของนิวเคลียสอะตอม สเปกตรัมพลังงานต่อเนื่องสามารถแสดงเป็นชุดของสถานะที่ไม่ต่อเนื่องจำนวนมากอย่างไม่สิ้นสุด ซึ่งระหว่างนั้นพลังงาน ช่องว่างมีขนาดเล็กอนันต์

สถานะ to-rum สอดคล้องกับพลังงานต่ำสุดที่เป็นไปได้สำหรับระบบที่เรียกว่า พื้นฐาน: เรียกรัฐอื่นทั้งหมด ตื่นเต้น. มักสะดวกที่จะใช้มาตราส่วนพลังงานแบบมีเงื่อนไข ซึ่งพลังงานนั้นเป็นพื้นฐาน รัฐถือเป็นจุดเริ่มต้น กล่าวคือ จะถือว่าศูนย์ (ในมาตราส่วนเงื่อนไขนี้ ทุกที่ที่อยู่ใต้พลังงานจะแสดงด้วยตัวอักษร อี). หากระบบอยู่ในสถานะ น(และดัชนี น=1 ถูกกำหนดให้กับหลัก รัฐ) มีพลังงาน อีหนี่แล้วระบบก็บอกว่าอยู่ในระดับพลังงาน อีหนี่. ตัวเลข น, หมายเลข U.e. เรียกว่า จำนวนควอนตัม ในกรณีทั่วไป แต่ละ U.e. ไม่สามารถระบุได้ด้วยเลขควอนตัมเดียว แต่ด้วยการรวมกันของมัน แล้วดัชนี นหมายถึงผลรวมของจำนวนควอนตัมเหล่านี้

หากรัฐ น 1, น 2, น 3,..., NKสอดคล้องกับพลังงานเดียวกันนั่นคือ หนึ่ง U.e. จากนั้นระดับนี้เรียกว่าเสื่อมและจำนวน k- ความเสื่อมหลายหลาก

ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงใดๆ ของระบบปิด (เช่นเดียวกับระบบในสนามภายนอกคงที่) พลังงานและพลังงานทั้งหมดของระบบจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นพลังงานหมายถึงสิ่งที่เรียกว่า ค่านิยมที่อนุรักษ์ไว้ กฎการอนุรักษ์พลังงานสืบเนื่องมาจากความสม่ำเสมอของเวลา

โมเมนตัมเชิงมุมรวม
ค่านี้คือ yavl เวกเตอร์และได้มาจากการเพิ่ม MCD ของอนุภาคทั้งหมดในระบบ แต่ละอนุภาคก็มีทั้งของมันเอง MCD - สปินและโมเมนต์โคจรเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคสัมพันธ์กับจุดศูนย์กลางมวลของระบบ การหาปริมาณของ MCD นำไปสู่ความจริงที่ว่า abs ของมัน ขนาด เจใช้ค่าที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด: , โดยที่ เจ- จำนวนควอนตัมซึ่งสามารถใช้กับค่าจำนวนเต็มไม่เป็นลบและครึ่งจำนวนเต็ม (จำนวนควอนตัมของ MCD แบบโคจรจะเป็นจำนวนเต็มเสมอ) การฉายภาพของ MKD บน c.-l. ชื่อแกน แม็กน. จำนวนควอนตัมและสามารถรับ 2j+1ค่า: ม เจ = เจ เจ-1,...,-เจ. ถ้าก.-ล. ช่วงเวลา เจ ยอล ผลรวมของอีกสองช่วงเวลา จากนั้นตามกฎสำหรับการเพิ่มช่วงเวลาในกลศาสตร์ควอนตัม หมายเลขควอนตัม เจสามารถรับค่าต่อไปนี้: เจ=|เจ 1 -เจ 2 |, |เจ 1 -เจ 2 -1|, ...., |เจ 1 +เจ 2 -1|, เจ 1 +เจ 2 ก. ในทำนองเดียวกัน จะทำการรวมช่วงเวลาจำนวนมากขึ้น เป็นธรรมเนียมที่จะต้องพูดสั้นๆ เกี่ยวกับระบบ MCD เจ, หมายถึงช่วงเวลา, เอบีเอส. ซึ่งมีค่าเท่ากับ ; เกี่ยวกับแม็ก จำนวนควอนตัมเป็นเพียงการพูดถึงการคาดการณ์ของโมเมนตัม

ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ของระบบในสนามสมมาตรจากส่วนกลาง MCD ทั้งหมดจะได้รับการอนุรักษ์ไว้ เช่น พลังงาน เป็นปริมาณที่อนุรักษ์ไว้ กฎหมายการอนุรักษ์ MKD เป็นไปตามไอโซโทรปีของอวกาศ ในสนามสมมาตรตามแนวแกน จะคงไว้เพียงการฉายภาพของ MCD แบบเต็มบนแกนสมมาตรเท่านั้น

ความเท่าเทียมกันของรัฐ
ในกลศาสตร์ควอนตัม สถานะของระบบถูกอธิบายโดยสิ่งที่เรียกว่า ฟังก์ชั่นคลื่น ความเท่าเทียมกันแสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงในฟังก์ชันคลื่นของระบบระหว่างการทำงานของการผกผันเชิงพื้นที่เช่น การเปลี่ยนแปลงสัญญาณของพิกัดของอนุภาคทั้งหมด ในการดำเนินการดังกล่าว พลังงานจะไม่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่ฟังก์ชันคลื่นจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง (สถานะเท่ากัน) หรือเปลี่ยนเครื่องหมายเป็นตรงกันข้าม (สถานะคี่) ความเท่าเทียมกัน พีรับสองค่าตามลำดับ ถ้านิวเคลียสหรือเอล.-แม่เหล็กทำงานในระบบ แรง ความเท่าเทียมกันยังคงอยู่ในการเปลี่ยนแปลงของอะตอม โมเลกุล และนิวเคลียร์ กล่าวคือ ปริมาณนี้ยังใช้กับปริมาณที่สงวนไว้ กฎหมายอนุรักษ์ความเท่าเทียมกัน yavl. ผลที่ตามมาของความสมมาตรของพื้นที่เกี่ยวกับการสะท้อนของกระจกและถูกละเมิดในกระบวนการเหล่านั้นซึ่งมีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

การเปลี่ยนผ่านของควอนตัม
- การเปลี่ยนแปลงของระบบจากสถานะควอนตัมหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของพลังงาน สถานะของระบบและคุณภาพของระบบ การเปลี่ยนแปลง สิ่งเหล่านี้คือการเปลี่ยนภาพที่ไม่มีการผูกมัด ถูกผูกมัดอย่างอิสระ (ดู ปฏิกิริยาของการแผ่รังสีกับสสาร) ตัวอย่างเช่น การกระตุ้น การปิดใช้งาน การแตกตัวเป็นไอออน การแตกตัว การรวมตัวกันใหม่ นอกจากนี้ยังเป็นสารเคมี และปฏิกิริยานิวเคลียร์ ทรานซิชันสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของการแผ่รังสี - ทรานสิชันการแผ่รังสี (หรือกัมมันตภาพรังสี) หรือเมื่อระบบที่กำหนดชนกับ c.-l ระบบหรืออนุภาคอื่น ๆ - การเปลี่ยนภาพที่ไม่ใช่การแผ่รังสี ลักษณะสำคัญของการเปลี่ยนแปลงควอนตัม yavl ความน่าจะเป็นในหน่วย เวลา ซึ่งบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงนี้จะเกิดขึ้นบ่อยเพียงใด ค่านี้วัดเป็น s -1 ความน่าจะเป็นของการแผ่รังสี การเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับ มและ น (ม>น) ด้วยการปล่อยหรือการดูดซับของโฟตอนซึ่งมีพลังงานเท่ากับจะถูกกำหนดโดยสัมประสิทธิ์ ไอน์สไตน์ น. บีมและ บีนาโน. การเปลี่ยนระดับ มสู่ระดับ นอาจเกิดขึ้นเอง ความน่าจะเป็นของการปล่อยโฟตอน Bmnในกรณีนี้เท่ากับ อำนาจ. การเปลี่ยนประเภทภายใต้การกระทำของการแผ่รังสี (การเปลี่ยนแปลงที่เหนี่ยวนำ) มีลักษณะเฉพาะโดยความน่าจะเป็นของการปล่อยโฟตอนและการดูดกลืนโฟตอน โดยที่ความหนาแน่นพลังงานของรังสีที่มีความถี่คือ

ความเป็นไปได้ของการนำการเปลี่ยนแปลงควอนตัมไปใช้จาก R.e. บน k.-l. อื่น หมายความว่าลักษณะเฉพาะ cf. เวลา ซึ่งระบบสามารถอยู่ที่ UE นี้ได้แน่นอน มันถูกกำหนดให้เป็นส่วนกลับของความน่าจะเป็นของการสลายรวมของระดับที่กำหนดนั่นคือ ผลรวมของความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ทั้งหมดจากระดับที่พิจารณาเป็นระดับอื่นๆ ทั้งหมด สำหรับรังสี การเปลี่ยน ความน่าจะเป็นทั้งหมดคือ และ ความจำกัดของเวลา ตามความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอน หมายความว่าระดับพลังงานไม่สามารถกำหนดได้อย่างแน่นอน กล่าวคือ ยูอี มีความกว้างที่แน่นอน ดังนั้น การปล่อยหรือการดูดซับของโฟตอนระหว่างการเปลี่ยนแปลงของควอนตัมไม่ได้เกิดขึ้นที่ความถี่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด แต่ภายในช่วงความถี่หนึ่งซึ่งอยู่ในบริเวณใกล้เคียงของค่า การกระจายความเข้มภายในช่วงเวลานี้กำหนดโดยโปรไฟล์เส้นสเปกตรัม ซึ่งกำหนดความน่าจะเป็นที่ความถี่ของโฟตอนที่ปล่อยออกมาหรือดูดกลืนในช่วงการเปลี่ยนภาพที่กำหนดจะเท่ากับ:
(1)
ครึ่งความกว้างของโปรไฟล์เส้นอยู่ที่ไหน หากการขยาย W.e. และเส้นสเปกตรัมเกิดจากการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเองเท่านั้น จากนั้นจึงเรียกการขยายดังกล่าว เป็นธรรมชาติ. หากการชนกันของระบบกับอนุภาคอื่นๆ มีบทบาทบางอย่างในการแผ่ขยาย การแผ่ขยายนั้นมีลักษณะที่รวมกันและปริมาณจะต้องถูกแทนที่ด้วยผลรวม ซึ่งคำนวณในทำนองเดียวกันกับ แต่เป็นรัศมี ความน่าจะเป็นในการเปลี่ยนแปลงควรแทนที่ด้วยความน่าจะเป็นของการชน

การเปลี่ยนผ่านในระบบควอนตัมเป็นไปตามกฎการเลือกบางอย่าง เช่น กฎที่กำหนดวิธีที่ตัวเลขควอนตัมที่แสดงถึงสถานะของระบบ (MKD, ความเท่าเทียมกัน ฯลฯ) สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในระหว่างการเปลี่ยนแปลง กฎการเลือกที่ง่ายที่สุดถูกกำหนดขึ้นสำหรับการแผ่รังสี การเปลี่ยนแปลง ในกรณีนี้ พวกมันถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย เช่นเดียวกับลักษณะควอนตัมของโฟตอนที่ปล่อยออกมาหรือดูดซับ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง MCD และความเท่าเทียมกัน ที่เรียกว่า. การเปลี่ยนขั้วไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ดำเนินการระหว่างระดับของพาริตีที่ตรงกันข้าม โดย MCD เป็น rykh ที่สมบูรณ์จะแตกต่างกันตามจำนวน (การเปลี่ยนแปลงเป็นไปไม่ได้) ในกรอบของคำศัพท์ปัจจุบัน การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เรียกว่า ได้รับอนุญาต ทรานซิชันประเภทอื่นๆ ทั้งหมด (ไดโพลแม่เหล็ก ควอดรูโพลไฟฟ้า ฯลฯ) เรียกว่า ห้าม ความหมายของคำนี้เป็นเพียงว่าความน่าจะเป็นของพวกมันน้อยกว่าความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนขั้วไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่ใช่ yavl ห้ามโดยเด็ดขาด

แบบจำลองอะตอมของบอร์เป็นความพยายามที่จะกระทบยอดแนวคิดของฟิสิกส์คลาสสิกกับกฎที่เกิดขึ้นใหม่ของโลกควอนตัม

อี. รัทเทอร์ฟอร์ด 2479: อิเล็กตรอนถูกจัดเรียงตัวในส่วนนอกของอะตอมอย่างไร? ฉันถือว่าทฤษฎีควอนตัมดั้งเดิมของบอร์เรื่องสเปกตรัมเป็นหนึ่งในการปฏิวัติมากที่สุดที่เคยมีมาในด้านวิทยาศาสตร์ และฉันไม่รู้ทฤษฎีอื่นใดที่ประสบความสำเร็จมากกว่านี้ ตอนนั้นเขาอยู่ที่แมนเชสเตอร์และเชื่อมั่นในโครงสร้างนิวเคลียร์ของอะตอมซึ่งชัดเจนในการทดลองเรื่องการกระเจิง เขาพยายามทำความเข้าใจว่าควรจัดเรียงอิเล็กตรอนอย่างไรเพื่อให้ได้สเปกตรัมที่รู้จักของอะตอม พื้นฐานของความสำเร็จของเขาอยู่ที่การนำแนวคิดใหม่ทั้งหมดเข้าสู่ทฤษฎี เขาแนะนำความคิดของควอนตัมของการกระทำเช่นเดียวกับความคิดของมนุษย์ต่างดาวกับฟิสิกส์คลาสสิกที่อิเล็กตรอนสามารถโคจรรอบนิวเคลียสโดยไม่ปล่อยรังสี เมื่อนำเสนอทฤษฎีโครงสร้างนิวเคลียร์ของอะตอม ข้าพเจ้าทราบดีว่าตามทฤษฎีคลาสสิก อิเล็กตรอนควรตกบนนิวเคลียส และบอร์ตั้งสมมติฐานว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้นด้วยเหตุผลที่ไม่ทราบสาเหตุบางประการ และบนพื้นฐานของ สมมติฐานนี้ อย่างที่คุณรู้ เขาสามารถอธิบายที่มาของสเปกตรัมได้ โดยใช้สมมติฐานที่สมเหตุสมผล เขาแก้ปัญหาการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมทั้งหมดของตารางธาตุทีละขั้นตอน มีปัญหามากมายที่นี่ เนื่องจากการกระจายต้องสอดคล้องกับสเปกตรัมแสงและรังสีเอกซ์ขององค์ประกอบ แต่ในท้ายที่สุด Bohr ก็สามารถเสนอการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่แสดงความหมายของกฎธาตุ
อันเป็นผลมาจากการปรับปรุงเพิ่มเติม ซึ่ง Bohr เป็นผู้แนะนำเป็นหลัก และการดัดแปลงโดย Heisenberg, Schrödinger และ Dirac ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ทั้งหมดก็เปลี่ยนไปและแนวคิดของกลศาสตร์คลื่นก็ถูกนำมาใช้ นอกเหนือจากการปรับปรุงเพิ่มเติมเหล่านี้แล้ว ฉันยังถือว่างานของบอร์เป็นชัยชนะที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของความคิดของมนุษย์
เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญของงานของเขา เราควรพิจารณาเพียงความซับซ้อนที่ไม่ธรรมดาของสเปกตรัมขององค์ประกอบ และจินตนาการว่าภายใน 10 ปี ลักษณะสำคัญทั้งหมดของสเปกตรัมเหล่านี้ได้รับการเข้าใจและอธิบายแล้ว ดังนั้นตอนนี้ทฤษฎีของสเปกตรัมแสงจึงเป็นเช่นนั้น สมบูรณ์ที่หลายคนคิดว่านี่เป็นคำถามที่หมดสิ้น คล้ายกับเสียงเมื่อสองสามปีก่อน

ในช่วงกลางปี ​​ค.ศ. 1920 เห็นได้ชัดว่าทฤษฎีกึ่งคลาสสิกของ N. Bohr เกี่ยวกับอะตอมไม่สามารถให้คำอธิบายที่เพียงพอเกี่ยวกับคุณสมบัติของอะตอมได้ ในปี พ.ศ. 2468-2469 ในงานของ W. Heisenberg และ E. Schrödinger วิธีการทั่วไปได้รับการพัฒนาเพื่ออธิบายปรากฏการณ์ควอนตัม - ทฤษฎีควอนตัม

ฟิสิกส์ควอนตัม

คำอธิบายสถานะ

(x,y,z,p x ,py ,p z)

สถานะเปลี่ยนไปตามกาลเวลา

=∂H/∂p, = -∂H/∂t,

การวัด

x, y, z, p x , p y , p z

ΔхΔp x ~
∆y∆p y ~
∆z∆p z ~

ความมุ่งมั่น

ทฤษฎีทางสถิติ

|(x,y,z)| 2

แฮมิลตัน H = p 2 /2m + U(r) = 2 /2m + U(r)

สถานะของอนุภาคคลาสสิกในช่วงเวลาใด ๆ อธิบายโดยการตั้งค่าพิกัดและโมเมนตา (x,y,z,p x ,p y ,p z ,t) รู้ค่านิยมเหล่านี้ในขณะนั้น เสื้อเป็นไปได้ที่จะกำหนดวิวัฒนาการของระบบภายใต้การกระทำของกองกำลังที่รู้จักในช่วงเวลาต่อมาทั้งหมด พิกัดและโมเมนต์ของอนุภาคคือปริมาณที่สามารถวัดได้ในการทดลองโดยตรง ในฟิสิกส์ควอนตัม สถานะของระบบอธิบายโดยฟังก์ชันคลื่น ψ(x, y, z, t) เพราะ สำหรับอนุภาคควอนตัม มันเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดค่าของพิกัดและโมเมนตัมของมันอย่างแม่นยำในเวลาเดียวกัน ดังนั้นจึงไม่มีเหตุผลที่จะพูดถึงการเคลื่อนที่ของอนุภาคไปตามวิถีที่แน่นอน คุณสามารถกำหนดความน่าจะเป็นของ อนุภาคอยู่ที่จุดที่กำหนด ณ เวลาที่กำหนด ซึ่งถูกกำหนดโดยกำลังสองของโมดูลัสของฟังก์ชันคลื่น W ~ |ψ( x,y,z)| 2.
วิวัฒนาการของระบบควอนตัมในกรณีที่ไม่สัมพันธ์กันอธิบายโดยฟังก์ชันคลื่นที่ตรงตามสมการชโรดิงเงอร์

ผู้ประกอบการแฮมิลตันอยู่ที่ไหน (ผู้ดำเนินการพลังงานทั้งหมดของระบบ)
ในกรณีไม่สัมพันธ์กัน − 2 /2m + (r) โดยที่ t คือมวลของอนุภาค เป็นตัวดำเนินการโมเมนตัม (x,y,z) คือตัวดำเนินการของพลังงานศักย์ของอนุภาค การกำหนดกฎการเคลื่อนที่ของอนุภาคในกลศาสตร์ควอนตัมหมายถึงการกำหนดค่าของฟังก์ชันคลื่นในทุกช่วงเวลา ณ จุดทุกจุดในอวกาศ ในสถานะนิ่ง ฟังก์ชันคลื่น ψ(x, y, z) เป็นคำตอบของสมการชโรดิงเงอร์ที่อยู่กับที่ ψ = Eψ เช่นเดียวกับระบบที่ถูกผูกมัดในฟิสิกส์ควอนตัม นิวเคลียสมีค่าลักษณะเฉพาะของพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง
สถานะที่มีพลังงานยึดเหนี่ยวสูงสุดของนิวเคลียส นั่นคือ ที่มีพลังงานรวมต่ำสุด E เรียกว่าสถานะพื้นดิน รัฐที่มีพลังงานรวมสูงกว่าเป็นรัฐที่ตื่นเต้น สถานะพลังงานต่ำสุดถูกกำหนดดัชนีศูนย์และพลังงาน E 0 = 0.

E0 → Mc 2 = (Zm p + Nm n)c 2 − W 0 ;

W 0 คือพลังงานยึดเหนี่ยวของนิวเคลียสในสถานะพื้นดิน
พลังงาน E i (i = 1, 2, ...) ของสถานะตื่นเต้นจะวัดจากสถานะพื้นดิน

โครงการระดับล่างของนิวเคลียส 24 มก.

ระดับล่างของเคอร์เนลไม่ต่อเนื่อง เมื่อพลังงานกระตุ้นเพิ่มขึ้น ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างระดับต่างๆ จะลดลง
การเพิ่มขึ้นของระดับความหนาแน่นด้วยพลังงานที่เพิ่มขึ้นเป็นคุณสมบัติเฉพาะของระบบอนุภาคจำนวนมาก อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าด้วยการเพิ่มขึ้นของพลังงานของระบบดังกล่าว จำนวนวิธีต่างๆ ในการกระจายพลังงานระหว่างนิวคลีออนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว
ตัวเลขควอนตัม- จำนวนเต็มหรือเศษส่วนที่กำหนดค่าที่เป็นไปได้ของปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะระบบควอนตัม - อะตอม, นิวเคลียสของอะตอม ตัวเลขควอนตัมสะท้อนให้เห็นถึงความไม่ต่อเนื่อง (quantization) ของปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะเฉพาะของระบบไมโคร ชุดของตัวเลขควอนตัมที่อธิบายไมโครซิสเต็มอย่างละเอียดถี่ถ้วนเรียกว่าสมบูรณ์ ดังนั้นสถานะของนิวเคลียสในนิวเคลียสจะถูกกำหนดโดยตัวเลขควอนตัมสี่ตัว: หมายเลขควอนตัมหลัก n (สามารถรับค่า 1, 2, 3, ...) ซึ่งกำหนดพลังงาน E n ของนิวคลีออน หมายเลขควอนตัมโคจร l = 0, 1, 2, …, n ซึ่งกำหนดค่า L โมเมนตัมเชิงมุมโคจรของนิวคลีออน (L = ћ 1/2); จำนวนควอนตัม m ≤ ±l ซึ่งกำหนดทิศทางของเวกเตอร์โมเมนตัมการโคจร และจำนวนควอนตัม m s = ±1/2 ซึ่งกำหนดทิศทางของเวกเตอร์การหมุนของนิวคลีออน

ตัวเลขควอนตัม

น	หมายเลขควอนตัมหลัก: n = 1, 2, … ∞
เจ	จำนวนควอนตัมของโมเมนตัมเชิงมุมทั้งหมด j ไม่เป็นค่าลบและสามารถเป็นจำนวนเต็ม (รวมศูนย์) หรือจำนวนเต็มครึ่งหนึ่งได้ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของระบบที่เป็นปัญหา ค่าของโมเมนตัมเชิงมุมรวมของระบบ J สัมพันธ์กับ j โดยความสัมพันธ์ เจ 2 = ћ 2 เจ(j+1). = + โดยที่ และ คือเวกเตอร์โมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรและการหมุน
l	เลขควอนตัมโมเมนตัมเชิงมุมโคจร lรับได้เฉพาะค่าจำนวนเต็มเท่านั้น: l= 0, 1, 2, … ∞, ค่าของโมเมนตัมเชิงมุมโคจรของระบบ L สัมพันธ์กับ lความสัมพันธ์ L 2 = ћ 2 l(l+1).
ม	การฉายภาพของโมเมนตัมเชิงมุมรวม การโคจร หรือการหมุนรอบบนแกนที่ต้องการ (โดยปกติคือแกน z) เท่ากับ mћ สำหรับช่วงเวลาทั้งหมด m j = j, j-1, j-2, …, -(j-1), -j. สำหรับโมเมนต์โคจร m l = l, l-1, l-2, …, -(l-1), -l. สำหรับโมเมนต์การหมุนของอิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน ควาร์ก m s = ±1/2
ส	จำนวนโมเมนตัมเชิงมุมของการหมุนควอนตัม s สามารถเป็นจำนวนเต็มหรือจำนวนเต็มได้ s เป็นลักษณะคงที่ของอนุภาคซึ่งกำหนดโดยคุณสมบัติของอนุภาค ค่าของโมเมนต์การหมุน S สัมพันธ์กับ s โดยความสัมพันธ์ S 2 = ћ 2 s(s+1)
พี	ความเท่าเทียมกันเชิงพื้นที่ มีค่าเท่ากับ +1 หรือ -1 และกำหนดลักษณะการทำงานของระบบภายใต้การสะท้อนของกระจก P = (-1) l .

นอกเหนือจากชุดเลขควอนตัมนี้แล้ว สถานะของนิวคลีออนในนิวเคลียสยังสามารถกำหนดลักษณะด้วยชุดเลขควอนตัมอีกชุดหนึ่ง n ได้ l, เจ, เจ. การเลือกชุดตัวเลขควอนตัมนั้นพิจารณาจากความสะดวกในการอธิบายระบบควอนตัม
การมีอยู่ของปริมาณทางกายภาพที่คงอยู่ (ไม่แปรผันตามเวลา) สำหรับระบบที่กำหนดนั้นสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับคุณสมบัติสมมาตรของระบบนี้ ดังนั้น หากระบบที่แยกออกมาไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างการหมุนตามอำเภอใจ ระบบก็จะคงโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรไว้ นี่เป็นกรณีของอะตอมไฮโดรเจน ซึ่งอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในศักย์คูลอมบ์สมมาตรทรงกลมของนิวเคลียส ดังนั้นจึงมีลักษณะเฉพาะด้วยเลขควอนตัมคงที่ l. การรบกวนจากภายนอกสามารถทำลายความสมมาตรของระบบ ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในตัวเลขควอนตัมเอง โฟตอนที่ถูกดูดซับโดยอะตอมไฮโดรเจนสามารถถ่ายโอนอิเล็กตรอนไปยังสถานะอื่นด้วยค่าตัวเลขควอนตัมที่แตกต่างกัน ตารางแสดงตัวเลขควอนตัมบางตัวที่ใช้อธิบายสถานะอะตอมและนิวเคลียร์
นอกเหนือจากตัวเลขควอนตัมซึ่งสะท้อนถึงความสมมาตรของกาลอวกาศ-เวลาของไมโครซิสเต็มแล้ว ตัวเลขควอนตัมภายในที่เรียกว่าอนุภาคยังมีบทบาทสำคัญอีกด้วย บางส่วนเช่นการหมุนและประจุไฟฟ้าได้รับการอนุรักษ์ในการโต้ตอบทั้งหมด ส่วนอื่น ๆ ไม่ได้รับการอนุรักษ์ในการโต้ตอบบางอย่าง ดังนั้นจำนวนควอนตัมที่แปลกประหลาดซึ่งได้รับการอนุรักษ์ไว้ในการโต้ตอบที่รุนแรงและแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่ได้รับการอนุรักษ์ในการโต้ตอบที่อ่อนแอซึ่งสะท้อนถึงลักษณะที่แตกต่างกันของปฏิสัมพันธ์เหล่านี้
นิวเคลียสของอะตอมในแต่ละสถานะมีลักษณะเฉพาะด้วยโมเมนตัมเชิงมุมทั้งหมด ช่วงเวลานี้ในกรอบส่วนที่เหลือของนิวเคลียสเรียกว่า สปินนิวเคลียร์.
กฎต่อไปนี้ใช้กับเคอร์เนล:
a) A เป็นจำนวนคู่ J = n (n = 0, 1, 2, 3,...) เช่น จำนวนเต็ม
b) A เป็นเลขคี่ J = n + 1/2 นั่นคือครึ่งจำนวนเต็ม
นอกจากนี้ ได้มีการสร้างกฎขึ้นอีกหนึ่งกฎ: สำหรับนิวเคลียสที่เท่ากันในสถานะพื้นดิน Jgs = 0 นี่แสดงถึงการชดเชยร่วมกันของโมเมนต์นิวคลีออนในสถานะพื้นของนิวเคลียส – คุณสมบัติพิเศษปฏิสัมพันธ์ระหว่างนิวเคลียส
ความแปรปรวนของระบบ (แฮมิลโทเนียน) เกี่ยวกับการสะท้อนเชิงพื้นที่ - การผกผัน (การแทนที่ → -) นำไปสู่กฎการอนุรักษ์ความเท่าเทียมกันและจำนวนควอนตัม ความเท่าเทียมกัน R. ซึ่งหมายความว่านิวเคลียร์ Hamiltonian มีความสมมาตรที่สอดคล้องกัน อันที่จริง นิวเคลียสมีอยู่เนื่องจากปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างนิวคลีออน นอกจากนี้ ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้ายังมีบทบาทสำคัญในนิวเคลียส การโต้ตอบทั้งสองประเภทนี้ไม่แปรผันกับการผกผันเชิงพื้นที่ ซึ่งหมายความว่าสถานะนิวเคลียร์จะต้องกำหนดลักษณะโดยค่าความเท่าเทียมกันบางอย่าง P นั่นคือเป็นคู่ (P = +1) หรือคี่ (P = -1)
อย่างไรก็ตาม แรงอ่อนที่ไม่รักษาความเท่าเทียมกันยังทำหน้าที่ระหว่างนิวคลีออนในนิวเคลียสด้วย ผลที่ตามมาคือส่วนผสมของรัฐที่มีความเท่าเทียมกัน (โดยปกติไม่มีนัยสำคัญ) ถูกเพิ่มเข้าไปในรัฐด้วยความเท่าเทียมกันที่กำหนด ค่าทั่วไปของสิ่งเจือปนดังกล่าวในสถานะนิวเคลียร์มีเพียง 10 -6 -10 -7 และในกรณีส่วนใหญ่สามารถละเลยได้
ความเท่าเทียมกันของนิวเคลียส P ในฐานะระบบของนิวคลีออนสามารถแสดงเป็นผลคูณของความเท่าเทียมกันของนิวคลีออนแต่ละตัว p i:

P \u003d p 1 p 2 ... p A ,

นอกจากนี้ ความเท่าเทียมกันของนิวคลีออน p i ในสนามกลางขึ้นอยู่กับโมเมนต์การโคจรของนิวคลีออน โดยที่ π i คือความเท่าเทียมกันภายในของนิวคลีออน เท่ากับ +1 ดังนั้นความเท่าเทียมกันของนิวเคลียสในสถานะสมมาตรทรงกลมจึงสามารถแสดงเป็นผลคูณของความเท่าเทียมกันในวงโคจรของนิวคลีออนในสถานะนี้:

แผนภาพระดับนิวเคลียร์มักจะระบุพลังงาน การหมุน และความเท่าเทียมกันของแต่ละระดับ การหมุนจะแสดงด้วยตัวเลข และความเท่าเทียมกันจะถูกระบุด้วยเครื่องหมายบวกสำหรับระดับคู่และเครื่องหมายลบสำหรับระดับคี่ ป้ายนี้อยู่ด้านขวาบนของตัวเลขระบุการหมุน ตัวอย่างเช่น สัญลักษณ์ 1/2 + หมายถึงระดับคู่ที่มีการหมุน 1/2 และสัญลักษณ์ 3 หมายถึงระดับคี่ที่มีการหมุน 3

ไอโซสปินของนิวเคลียสของอะตอมอีกลักษณะหนึ่งของรัฐนิวเคลียร์คือ isospin I. นิวเคลียส (A, Z)ประกอบด้วยนิวคลีออนและมีประจุ Ze ซึ่งสามารถแสดงเป็นผลรวมของประจุนิวคลีออน q ผม แสดงในรูปของการฉายภาพของไอโซสปิน (I ผม) 3

คือ การฉายภาพไอโซสปินของนิวเคลียสบนแกน 3 ของสเปซไอโซสปิน
isospin ทั้งหมดของระบบนิวคลีออน A

สถานะของนิวเคลียสทั้งหมดมีค่าของการฉายภาพ isospin I 3 = (Z - N)/2 ในนิวเคลียสที่ประกอบด้วยนิวเคลียส A ซึ่งแต่ละตัวมี isospin 1/2 ค่า isospin ได้จาก |N - Z|/2 ถึง A/2

|N - Z|/2 ≤ I ≤ A/2.

ค่าต่ำสุด I = |I 3 |. ค่าสูงสุดของ I เท่ากับ A/2 และสอดคล้องกับค่า i ทั้งหมดที่ชี้ไปในทิศทางเดียวกัน มีการทดลองแล้วว่ายิ่งพลังงานกระตุ้นของรัฐนิวเคลียร์สูงขึ้นเท่าใด คุณค่าของไอโซสปินก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น isospin ของนิวเคลียสในพื้นดินและสถานะตื่นเต้นต่ำจึงมีค่าต่ำสุด

ฉัน gs = |ฉัน 3 | = |Z - N|/2.

อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าทำลาย isotropy ของพื้นที่ isospin พลังงานปฏิสัมพันธ์ของระบบอนุภาคที่มีประจุเปลี่ยนแปลงระหว่างการหมุนในไอโซสเปซ เนื่องจากระหว่างการหมุน ประจุของอนุภาคจะเปลี่ยนไปและในส่วนนิวเคลียสของโปรตอนจะผ่านเข้าไปในนิวตรอนหรือในทางกลับกัน ดังนั้นความสมมาตรของ isospin ที่แท้จริงจึงไม่ถูกต้อง แต่เป็นค่าประมาณ

ศักยภาพได้เป็นอย่างดีแนวคิดของหลุมที่มีศักยภาพมักใช้เพื่ออธิบายสถานะที่ถูกผูกไว้ของอนุภาค ศักยภาพที่ดี - พื้นที่จำกัดที่มีพลังงานศักย์ของอนุภาคลดลง หลุมที่มีศักยภาพมักจะสอดคล้องกับแรงดึงดูด ในด้านของการกระทำของกองกำลังเหล่านี้ ศักยภาพเป็นลบ ภายนอก - ศูนย์

พลังงานอนุภาค E คือผลรวมของพลังงานจลน์ T ≥ 0 และพลังงานศักย์ U (สามารถเป็นได้ทั้งบวกและลบ) หากอนุภาคอยู่ภายในบ่อน้ำ แสดงว่าพลังงานจลน์ T 1 จะน้อยกว่าความลึกของหลุม U 0 พลังงานอนุภาค E 1 = T 1 + U 1 = T 1 - U 0 ในกลศาสตร์ควอนตัม พลังงานของ a อนุภาคในสถานะที่ถูกผูกไว้สามารถรับเฉพาะค่าที่ไม่ต่อเนื่องบางค่าเท่านั้น เช่น มีระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง ในกรณีนี้ ระดับต่ำสุด (หลัก) จะอยู่เหนือด้านล่างของหลุมที่มีศักยภาพเสมอ ตามลำดับขนาด ระยะทาง Δ อีระหว่างระดับของอนุภาคมวล m ในหลุมลึกที่มีความกว้าง a กำหนดโดย
ΔE ≈ ћ 2 / ma 2
ตัวอย่างของหลุมที่มีศักยภาพคือหลุมศักยภาพของนิวเคลียสอะตอมที่มีความลึก 40-50 MeV และความกว้าง 10 -13 -10 -12 ซม. ซึ่ง ระดับต่างๆมีนิวคลีออนที่มีพลังงานจลน์เฉลี่ย ≈ 20 MeV

การใช้ตัวอย่างง่ายๆ ของอนุภาคในหลุมสี่เหลี่ยมอนันต์หนึ่งมิติสามารถเข้าใจได้ว่าสเปกตรัมของค่าพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องเกิดขึ้นได้อย่างไร ในกรณีคลาสสิก อนุภาคที่เคลื่อนที่จากผนังด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง จะใช้ค่าพลังงานใดๆ ขึ้นอยู่กับโมเมนตัมที่ส่งไปยังผนังนั้น ในระบบควอนตัม สถานการณ์มีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน หากอนุภาคควอนตัมตั้งอยู่ในพื้นที่จำกัด สเปกตรัมพลังงานจะกลายเป็นแบบไม่ต่อเนื่อง พิจารณากรณีที่อนุภาคมวล m อยู่ในหลุมที่มีศักยภาพมิติเดียว U(x) ที่มีความลึกอนันต์ พลังงานศักย์ U เป็นไปตามเงื่อนไขขอบเขตต่อไปนี้

ภายใต้เงื่อนไขขอบเขตดังกล่าว อนุภาค อยู่ภายในหลุมศักยภาพ 0< x < l, не может выйти за ее пределы, т. е.

ψ(x) = 0, x ≤ 0, x ≥ L.

ใช้สมการชโรดิงเงอร์ที่อยู่กับที่สำหรับพื้นที่ที่ U = 0

เราได้รับตำแหน่งและสเปกตรัมพลังงานของอนุภาคภายในศักยภาพที่ดี

สำหรับหลุมหนึ่งมิติที่ไม่มีที่สิ้นสุด เรามีดังต่อไปนี้:

ฟังก์ชันคลื่นของอนุภาคในหลุมสี่เหลี่ยมอนันต์ (a) กำลังสองของโมดูลัสของฟังก์ชันคลื่น (b) กำหนดความน่าจะเป็นที่จะพบอนุภาคที่จุดต่างๆ ในหลุมที่มีศักยภาพ

สมการชโรดิงเงอร์มีบทบาทเดียวกันในกลศาสตร์ควอนตัมเช่นเดียวกับกฎข้อที่สองของนิวตันในกลศาสตร์คลาสสิก
คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของฟิสิกส์ควอนตัมกลับกลายเป็นลักษณะความน่าจะเป็นของมัน

ลักษณะความน่าจะเป็นของกระบวนการที่เกิดขึ้นในโลกจุลภาคเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของไมโครเวิร์ล

อี. ชโรดิงเงอร์: “กฎการหาปริมาณปกติสามารถแทนที่ด้วยข้อกำหนดอื่นๆ ที่ไม่แนะนำ “จำนวนเต็ม” ใดๆ อีกต่อไป ในกรณีนี้จะได้ความสมบูรณ์โดยธรรมชาติ เช่นเดียวกับจำนวนเต็มของนอตที่ได้มาโดยตัวมันเองเมื่อพิจารณาสตริงที่สั่น การแทนค่าใหม่นี้สามารถสรุปได้ และฉันคิดว่า เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับธรรมชาติที่แท้จริงของการหาปริมาณ
เป็นเรื่องปกติที่จะเชื่อมโยงฟังก์ชัน ψ กับ กระบวนการแกว่งบางอย่างในอะตอมซึ่งเมื่อเร็ว ๆ นี้ความเป็นจริงของวิถีอิเล็กทรอนิกส์ถูกตั้งคำถามซ้ำแล้วซ้ำอีก ในตอนแรก ฉันยังต้องการยืนยันความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับกฎควอนตัมโดยใช้วิธีที่ค่อนข้างชัดเจนซึ่งระบุไว้ แต่แล้วฉันก็ชอบวิธีการทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ เพราะมันช่วยให้ชี้แจงประเด็นสำคัญๆ ของปัญหาได้ดียิ่งขึ้น สำหรับฉันดูเหมือนว่าจำเป็นที่กฎควอนตัมจะไม่ถูกนำมาใช้อย่างลึกลับอีกต่อไป " ความต้องการจำนวนเต็ม” แต่ถูกกำหนดโดยความต้องการขอบเขตและความเป็นเอกลักษณ์ของฟังก์ชันเชิงพื้นที่บางอย่าง
ฉันไม่คิดว่ามันเป็นไปได้ จนกว่าจะคำนวณปัญหาที่ซับซ้อนมากขึ้นด้วยวิธีใหม่ได้สำเร็จ เพื่อพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการตีความของกระบวนการออสซิลเลเตอร์ที่นำเข้ามา เป็นไปได้ว่าการคำนวณดังกล่าวจะนำไปสู่ความบังเอิญง่ายๆ กับข้อสรุปของทฤษฎีควอนตัมทั่วไป ตัวอย่างเช่น เมื่อพิจารณาปัญหาเคปเลอร์เชิงสัมพัทธภาพตามวิธีการข้างต้น หากเราปฏิบัติตามกฎที่ระบุไว้ในตอนต้น ผลลัพธ์ที่โดดเด่นจะได้รับ: ตัวเลขควอนตัมครึ่งจำนวนเต็ม(รัศมีและแอซิมัท)…
ประการแรก เป็นไปไม่ได้ที่จะไม่พูดถึงว่าแรงผลักดันหลักเริ่มต้นที่นำไปสู่การปรากฏตัวของข้อโต้แย้งที่นำเสนอในที่นี้คือวิทยานิพนธ์ของเดอบรอกลี ซึ่งมีความคิดที่ลึกซึ้งมากมาย รวมถึงการสะท้อนการกระจายเชิงพื้นที่ของ "คลื่นเฟส" ซึ่งดังที่แสดงโดย de Broglie แต่ละครั้งจะสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนแบบเป็นคาบหรือกึ่งคาบ ถ้าคลื่นเหล่านี้พอดีกับวิถีโคจรเท่านั้น จำนวนเต็มครั้งหนึ่ง. ความแตกต่างหลักจากทฤษฎีของเดอ บรอกลี ซึ่งพูดถึงคลื่นที่แพร่กระจายเป็นเส้นตรง อยู่ที่นี่ในข้อเท็จจริงที่เรากำลังพิจารณา หากเราใช้การตีความคลื่น การสั่นตามธรรมชาติยืน

ม.ลอว์: “ความสำเร็จของทฤษฎีควอนตัมสะสมเร็วมาก มันประสบความสำเร็จอย่างโดดเด่นเป็นพิเศษในการประยุกต์ใช้กับการสลายกัมมันตภาพรังสีโดยการปล่อยรังสี α ตามทฤษฎีนี้มี "เอฟเฟกต์อุโมงค์" นั่นคือ การแทรกซึมผ่านสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นของอนุภาคซึ่งพลังงานตามข้อกำหนดของกลศาสตร์คลาสสิกนั้นไม่เพียงพอที่จะผ่านเข้าไปได้
G. Gamov ให้คำอธิบายเกี่ยวกับการปล่อยอนุภาค α ในปี 1928 โดยอิงจากผลกระทบของอุโมงค์นี้ ตามทฤษฎีของ Gamow นิวเคลียสของอะตอมถูกล้อมรอบด้วยสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น แต่อนุภาค α มีความเป็นไปได้บางอย่างที่จะ "ก้าวข้าม" มัน จากการค้นพบโดย Geiger และ Nettol พบว่าความสัมพันธ์ระหว่างรัศมีของการกระทำของอนุภาค α กับการสลายตัวในครึ่งช่วงนั้นได้รับการอธิบายอย่างน่าพอใจบนพื้นฐานของทฤษฎีของ Gamow

สถิติ. หลักการของเปาลีคุณสมบัติของระบบกลควอนตัมซึ่งประกอบด้วยอนุภาคจำนวนมากถูกกำหนดโดยสถิติของอนุภาคเหล่านี้ ระบบคลาสสิกประกอบด้วยอนุภาคที่เหมือนกันแต่แยกความแตกต่างได้ซึ่งเป็นไปตามการแจกแจงของ Boltzmann

ในระบบอนุภาคควอนตัมประเภทเดียวกัน ลักษณะพฤติกรรมใหม่ปรากฏว่าไม่มีความคล้ายคลึงในฟิสิกส์คลาสสิก ต่างจากอนุภาคในฟิสิกส์คลาสสิก อนุภาคควอนตัมไม่ใช่แค่เหมือนกันแต่ยังแยกไม่ออก - เหมือนกัน เหตุผลหนึ่งก็คือ ในกลศาสตร์ควอนตัม อนุภาคถูกอธิบายในแง่ของฟังก์ชันคลื่น ซึ่งช่วยให้เราคำนวณความน่าจะเป็นที่จะพบอนุภาค ณ จุดใดก็ได้ในอวกาศเท่านั้น หากคลื่นทำงานของอนุภาคที่เหมือนกันหลายตัวทับซ้อนกัน จะไม่สามารถระบุได้ว่าอนุภาคใดอยู่ที่จุดที่กำหนด เนื่องจากมีเพียงสี่เหลี่ยมจัตุรัสของโมดูลัสของฟังก์ชันคลื่นเท่านั้นที่มีความหมายทางกายภาพ จึงเป็นไปตามหลักการเอกลักษณ์ของอนุภาคที่ว่าเมื่อมีการแลกเปลี่ยนอนุภาคที่เหมือนกันสองอนุภาค ฟังก์ชันคลื่นจะเปลี่ยนเครื่องหมาย ( สภาพไม่สมมาตร) หรือไม่เปลี่ยนเครื่องหมาย ( สถานะสมมาตร).
ฟังก์ชันคลื่นสมมาตรอธิบายอนุภาคที่มีการหมุนเป็นจำนวนเต็ม - โบซอน (พีออน โฟตอน อนุภาคอัลฟา ...) โบซอนเชื่อฟังสถิติของโบส-ไอน์สไตน์

โบซอนที่เหมือนกันได้ไม่จำกัดจำนวนสามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวได้ในเวลาเดียวกัน
ฟังก์ชันคลื่นต้านสมมาตรอธิบายอนุภาคที่มีสปินครึ่งจำนวนเต็ม - เฟอร์มิออน (โปรตอน นิวตรอน อิเล็กตรอน นิวตริโน) Fermions เชื่อฟังสถิติของ Fermi-Dirac

ความสัมพันธ์ระหว่างความสมมาตรของฟังก์ชันคลื่นและการหมุนถูกชี้ให้เห็นครั้งแรกโดย W. Pauli

สำหรับ fermions หลักการของ Pauli นั้นถูกต้อง - fermion ที่เหมือนกันสองรายการไม่สามารถอยู่ในสถานะควอนตัมเดียวกันพร้อมกันได้

หลักการของ Pauli กำหนดโครงสร้างของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม การเติมสถานะของนิวคลีออนในนิวเคลียส และลักษณะอื่นๆ ของพฤติกรรมของระบบควอนตัม
ด้วยการสร้างแบบจำลองโปรตอน - นิวตรอนของนิวเคลียสของอะตอม ขั้นแรกในการพัฒนาฟิสิกส์นิวเคลียร์จึงถือว่าสมบูรณ์ ซึ่งข้อเท็จจริงพื้นฐานของโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมได้ถูกสร้างขึ้น ขั้นตอนแรกเริ่มต้นในแนวคิดพื้นฐานของเดโมคริตุสเกี่ยวกับการดำรงอยู่ของอะตอม - อนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ของสสาร การจัดตั้งกฎหมายเป็นระยะโดย Mendeleev ทำให้สามารถจัดระบบอะตอมและตั้งคำถามถึงเหตุผลที่อยู่ภายใต้ระบบนี้ การค้นพบอิเล็กตรอนในปี พ.ศ. 2440 โดย เจ. เจ. ทอมสัน ได้ทำลายแนวคิดเรื่องการแบ่งแยกของอะตอม ตามแบบจำลองของทอมสัน อิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบสำคัญของอะตอมทั้งหมด การค้นพบโดย A. Becquerel ในปี 1896 ของปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสียูเรเนียมและการค้นพบในภายหลังโดย P. Curie และ M. Sklodowska-Curie ของกัมมันตภาพรังสีของทอเรียม พอโลเนียม และเรเดียม แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าองค์ประกอบทางเคมีไม่ใช่การก่อตัวนิรันดร์ พวกมันสามารถสลายตัวตามธรรมชาติกลายเป็นองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ . ในปี พ.ศ. 2442 อี. รัทเทอร์ฟอร์ดพบว่าเป็นผลมาจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี อะตอมสามารถขับอนุภาค α ออกจากองค์ประกอบได้ นั่นคือ อะตอมฮีเลียมและอิเล็กตรอนที่แตกตัวเป็นไอออน ในปี 1911 E. Rutherford ได้สรุปผลการทดลองของ Geiger และ Marsden ได้พัฒนาแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม ตามแบบจำลองนี้ อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมที่มีประจุบวกซึ่งมีรัศมีประมาณ 10 -12 ซม. ซึ่งมวลทั้งหมดของอะตอมและอิเล็กตรอนเชิงลบที่หมุนไปรอบ ๆ จะกระจุกตัวอยู่ ขนาดของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมอยู่ที่ ~10 -8 ซม. ในปี 1913 N. Bohr ได้พัฒนาแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมตามทฤษฎีควอนตัม ในปี 1919 อี. รัทเทอร์ฟอร์ดพิสูจน์ว่าโปรตอนเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอม ในปี 1932 เจ. แชดวิกค้นพบนิวตรอนและแสดงให้เห็นว่านิวตรอนเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอม การสร้างในปี 1932 โดย D. Ivanenko และ W. Heisenberg ของแบบจำลองโปรตอน - นิวตรอนของนิวเคลียสอะตอมได้เสร็จสิ้นขั้นตอนแรกในการพัฒนาฟิสิกส์นิวเคลียร์ องค์ประกอบที่เป็นส่วนประกอบทั้งหมดของอะตอมและนิวเคลียสของอะตอมได้รับการจัดตั้งขึ้น

พ.ศ. 2412 ระบบธาตุ ดี.ไอ. เมนเดเลเยฟ

ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 19 นักเคมีได้รวบรวมข้อมูลมากมายเกี่ยวกับพฤติกรรมขององค์ประกอบทางเคมีในหลากหลาย ปฏิกริยาเคมี. พบว่ามีองค์ประกอบทางเคมีเพียงบางส่วนเท่านั้นที่สร้างสารที่กำหนด พบว่าองค์ประกอบทางเคมีบางชนิดมีคุณสมบัติใกล้เคียงกันในขณะที่น้ำหนักอะตอมแตกต่างกันอย่างมาก D.I. Mendeleev วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่าง คุณสมบัติทางเคมีธาตุและน้ำหนักอะตอมและพบว่าคุณสมบัติทางเคมีของธาตุที่จัดเรียงตามน้ำหนักอะตอมเพิ่มขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีก นี่เป็นพื้นฐานสำหรับระบบธาตุที่เขาสร้างขึ้นเป็นระยะ เมื่อรวบรวมตาราง Mendeleev พบว่าน้ำหนักอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีบางอย่างหลุดออกจากความสม่ำเสมอที่เขาได้รับ และชี้ให้เห็นว่าน้ำหนักอะตอมขององค์ประกอบเหล่านี้ถูกกำหนดอย่างไม่ถูกต้อง การทดลองที่แม่นยำในภายหลังแสดงให้เห็นว่าตุ้มน้ำหนักที่กำหนดในตอนแรกนั้นไม่ถูกต้อง และผลลัพธ์ใหม่สอดคล้องกับการคาดการณ์ของ Mendeleev Mendeleev ทิ้งบางที่ว่างในตารางไว้ ชี้ให้เห็นว่าควรมีองค์ประกอบทางเคมีใหม่ที่ยังไม่ถูกค้นพบ และทำนายคุณสมบัติทางเคมีของพวกมัน ดังนั้น แกลเลียม (Z = 31), สแกนเดียม (Z = 21) และเจอร์เมเนียม (Z = 32) ถูกทำนายและค้นพบแล้ว Mendeleev ออกจากงานอธิบายคุณสมบัติเป็นระยะขององค์ประกอบทางเคมีแก่ลูกหลานของเขา คำอธิบายเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับระบบธาตุเป็นระยะของ Mendeleev ซึ่งให้โดย N. Bohr ในปี 1922 เป็นหนึ่งในข้อพิสูจน์ที่น่าเชื่อถือถึงความถูกต้องของทฤษฎีควอนตัมที่เกิดขึ้นใหม่

นิวเคลียสของอะตอมและระบบธาตุเป็นระยะ

พื้นฐานสำหรับความสำเร็จในการสร้างระบบธาตุเป็นระยะโดย Mendeleev และ Logar Meyer คือแนวคิดที่ว่าน้ำหนักอะตอมสามารถใช้เป็นค่าคงที่ที่เหมาะสมสำหรับการจำแนกองค์ประกอบอย่างเป็นระบบ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีอะตอมสมัยใหม่ได้เข้าใกล้การตีความระบบธาตุโดยไม่ต้องสัมผัสกับน้ำหนักอะตอมเลย จำนวนสถานที่ขององค์ประกอบใด ๆ ในระบบนี้และในเวลาเดียวกันคุณสมบัติทางเคมีของมันถูกกำหนดโดยประจุบวกของนิวเคลียสของอะตอมหรือสิ่งที่เหมือนกันโดยจำนวนอิเล็กตรอนเชิงลบที่อยู่รอบ ๆ มวลและโครงสร้างของนิวเคลียสของอะตอมไม่ได้มีส่วนในเรื่องนี้ ดังนั้น ณ เวลานี้ เราทราบดีว่ามีธาตุหรืออะตอมค่อนข้างมากกว่า ซึ่งด้วยจำนวนและการจัดเรียงอิเล็กตรอนภายนอกที่เท่ากัน มีน้ำหนักอะตอมที่แตกต่างกันอย่างมากมาย องค์ประกอบดังกล่าวเรียกว่าไอโซโทป ตัวอย่างเช่น ในกาแลคซีของไอโซโทปสังกะสี น้ำหนักอะตอมมีการกระจายจาก 112 ถึง 124 ในทางตรงกันข้าม มีองค์ประกอบที่มีคุณสมบัติทางเคมีแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญซึ่งมีน้ำหนักอะตอมเท่ากัน พวกมันถูกเรียกว่าไอโซบาร์ ตัวอย่างคือน้ำหนักอะตอม 124 ที่พบในสังกะสี เทลลูเรียม และซีนอน
เพื่อกำหนด องค์ประกอบทางเคมีค่าคงที่เดียวก็เพียงพอแล้ว กล่าวคือ จำนวนอิเล็กตรอนเชิงลบที่อยู่รอบนิวเคลียสเนื่องจากทั้งหมด กระบวนการทางเคมีไหลระหว่างอิเล็กตรอนเหล่านี้
จำนวนโปรตอน n 2 ซึ่งตั้งอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม กำหนดประจุบวก Z และด้วยเหตุนี้จำนวนอิเล็กตรอนภายนอกที่กำหนดคุณสมบัติทางเคมีขององค์ประกอบนี้ นิวตรอนจำนวนหนึ่ง n 1 อยู่ในแกนเดียวกัน รวมด้วย n 2 ให้น้ำหนักอะตอม
A=n 1 +น 2 . ในทางกลับกัน หมายเลขซีเรียล Z ให้จำนวนโปรตอนที่มีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม และจากความแตกต่างระหว่างน้ำหนักอะตอมกับประจุของนิวเคลียส A - Z จะได้จำนวนนิวตรอนนิวเคลียร์
ด้วยการค้นพบนิวตรอน ระบบธาตุได้รับการเติมเต็มบางส่วนในพื้นที่ของหมายเลขซีเรียลขนาดเล็ก เนื่องจากนิวตรอนถือได้ว่าเป็นองค์ประกอบที่มีเลขลำดับเท่ากับศูนย์ ในพื้นที่เลขลำดับสูง คือ จาก Z = 84 ถึง Z = 92 ทั้งหมด นิวเคลียสของอะตอมไม่เสถียร มีกัมมันตภาพรังสีเกิดขึ้นเอง ดังนั้นจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าอะตอมที่มีประจุนิวเคลียสสูงกว่ายูเรเนียมหากหามาได้เพียงอย่างเดียวก็ควรจะมีความไม่เสถียรเช่นกัน Fermi และผู้ร่วมงานรายงานเมื่อเร็ว ๆ นี้เกี่ยวกับการทดลองของพวกเขา ซึ่งเมื่อยูเรเนียมถูกทิ้งระเบิดด้วยนิวตรอน การปรากฏตัวของธาตุกัมมันตรังสีด้วย หมายเลขซีเรียล 93 หรือ 94. เป็นไปได้ทีเดียวที่ระบบธาตุมีความต่อเนื่องในด้านนี้เช่นกัน. ยังคงต้องเสริมอีกว่าการมองการณ์ไกลอันชาญฉลาดของ Mendeleev นั้นได้จัดเตรียมไว้สำหรับกรอบการทำงานของระบบธาตุในวงกว้างมากจนการค้นพบใหม่แต่ละครั้งซึ่งยังคงอยู่ภายในขอบเขตของมันนั้นช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับมัน