Τι είναι τα νουκλεόνια; Ορισμός και Παραδείγματα

Στη χημεία και τη φυσική, ένανουκλεόνιο είναι ένα πρωτόνιο ή ένα νετρόνιο στον ατομικό πυρήνα. Αντίθετα, υπάρχουν ελεύθερα πρωτόνια και νετρόνια, τα οποία δεν θεωρούνται νουκλεόνια. Τα πρωτόνια έχουν καθαρό θετικό ηλεκτρικό φορτίο, ενώ τα νετρόνια είναι ηλεκτρικά ουδέτερα. Έτσι, τα νουκλεόνια σε έναν ατομικό πυρήνα έχουν καθαρό θετικό φορτίο.

Αριθμός μάζας και ατομική μάζα

Το άθροισμα του αριθμού των πρωτονίων και των νετρονίων (νουκλεόνια) είναι ο μαζικός αριθμός (Α) ενός ατόμου. Στην πραγματικότητα, μερικές φορές αυτή η τιμή ονομάζεται αριθμός νουκλεονίου. Οι διαφορές μεταξύ των αριθμών μάζας του ίδιου στοιχείου προσδιορίζουν το ισότοπο αυτού του στοιχείου, το οποίο διαφέρει μόνο από τον αριθμό των νετρονίων που περιέχουν.

Η μάζα των ηλεκτρονίων είναι αμελητέα σε σύγκριση με τις μάζες των πρωτονίων και των νετρονίων, επομένως η ατομική μάζα είναι το άθροισμα των μαζών των νουκλεονίων.

Σύνθεση νουκλεονίου

Κάθε νουκλεόνιο αποτελείται από τρία υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ. Ένα πρωτόνιο αποτελείται από δύο up quark και ένα down quark, ενώ ένα νετρόνιο αποτελείται από ένα up quark και δύο down quark. Κάθε up quark έχει ηλεκτρικό φορτίο +2/3, ενώ ένα down quark έχει φορτίο -1/3.

Οι μάζες πρωτονίων και νετρονίων είναι παρόμοιες. Ένα πρωτόνιο έχει μάζα 1,6726×10 kg ή 938,27 MeV/c . Η μάζα νετρονίων είναι 1,6749×10 kg ή 939,57 MeV/c , γεγονός που το καθιστά περίπου 0,13% βαρύτερο από ένα πρωτόνιο.

Αλληλεπιδράσεις νουκλεονίων στον πυρήνα

Τα πρωτόνια απωθούν το ένα το άλλο επειδή έχουν παρόμοια ηλεκτρικά φορτία, αλλά όλα τα νουκλεόνια έλκονται μεταξύ τους λόγω της ισχυρής αλληλεπίδρασης. Η ισχυρή αλληλεπίδραση είναι πιο ισχυρή από την ηλεκτρική έλξη ή απώθηση, αλλά δρα σε πολύ μικρή εμβέλεια. Όταν τα νουκλεόνια έλκονται το ένα το άλλο, συνδέονται μέσω της ισχυρής πυρηνικής δύναμης. Όπως και στον σχηματισμό χημικών δεσμών μεταξύ ηλεκτρονίων, η δέσμευση των νουκλεονίων απελευθερώνει επίσης ενέργεια που ονομάζεται ενέργεια πυρηνικής δέσμευσης. Μια συνέπεια της πυρηνικής δέσμευσης είναι ότι το άθροισμα των μαζών των πρωτονίων και των νετρονίων που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ενός ατομικού πυρήνα είναι μεγαλύτερο από τη μάζα του πυρήνα που προκύπτει. Αυτό ονομάζεται ελάττωμα μάζας. Επίσης, η διάσπαση ενός πρωτονίου ή νετρονίου χωρίς τον πυρήνα απαιτεί εισροή ενέργειας.

Τα διαγράμματα ατόμων τυπικά απεικονίζουν πρωτόνια και νετρόνια ως ξεχωριστές σφαίρες τυχαία στριμωγμένες μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν πυρήνα. Στην πραγματικότητα, τα νουκλεόνια είναι μερικώς μετατοπισμένα. Στην πραγματικότητα, οι φυσικοί των σωματιδίων θεωρούν ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια στον πυρήνα είναι δύο καταστάσεις νουκλεονίων και όχι ξεχωριστές οντότητες. Οι δύο καταστάσεις σχηματίζουν ένα διπλό ισοσπιν. Τα νετρόνια μπορούν να μετατραπούν σε πρωτόνια και τα πρωτόνια μπορούν να μετατραπούν σε νετρόνια.

Αντινουκλεόνια

Τα αντιπρωτόνια και τα αντινετρόνια είναι τα σωματίδια αντιύλης που αντιστοιχούν σε πρωτόνια και νετρόνια. Ένα αντιπρωτόνιο αποτελείται από δύο up antiquark και ένα down antiquark, ενώ ένα αντινετρόνιο αποτελείται από ένα up antiquark και δύο down antiquark. Τα άτομα αντιύλης περιέχουν πυρήνες που αποτελούνται από αντινουκλεόνια.

Αναφορές

• DeGrand, T.; Jaffe, R. L.; Johnson, Κ.; Kiskis, J. (1975) «Μάζες και άλλες παράμετροι των ελαφρών αδρονίων». Φυσ. Σεβ. Δ12 :2060. doi:10.1103/PhysRevD.12.2060
• Griffiths, David J. (2008). Εισαγωγή στα στοιχειώδη σωματίδια (2η αναθεωρημένη έκδοση). Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-40601-2.
• Μασάμ, Τ; Muller, Th.; Righini, Β.; Schneegans, Μ.; Zichichi, Α. (1965). «Πειραματική παρατήρηση της παραγωγής αντιδευτερονίου». Il Nuovo Cimento . 39 (1):10–14. doi:10.1007/BF02814251