2025/07/01 18:07 The Hoyle State (2021)
ロボ子、原子核物理学って、原子物理学より複雑らしいのじゃ。
そうなんですね、博士。どうしてでしょう？
強い力が電磁力よりも複雑だからじゃ。原子核の中では、核子が強い力で結合しているんじゃけど、この核子はさらにクォークとグルーオンの集合体なのじゃ。
なるほど。原子核のモデルには、液滴モデルや殻模型があるそうですね。
そうじゃ、液滴モデルは原子核を非圧縮性流体の液滴として扱うのじゃ。一方、殻模型は中性子と陽子をポテンシャル井戸内を運動するものとして考えるんじゃ。
殻模型では、陽子と中性子はパウリの排他原理に従うんでしたね。
その通り！陽子と中性子にはそれぞれ殻があって、特定の数（魔法数）に達すると満たされるのじゃ。魔法数は、2, 8, 20, 28, 50, 82, 126じゃ。
魔法数を持つ原子核は特に安定しているんですね。二重に魔法数を持つ原子核はさらに安定だと。
そうじゃ！ヘリウム4、酸素16、カルシウム40、ニッケル56、鉛208などがそうじゃな。
原子核をより小さな原子核の集合体として考える近似もあるんですね。重陽子、トリトン、ヘリオン、アルファ粒子など。
そうじゃな。トリトン以外は安定じゃ。トリトンの半減期は4500日じゃけど、水素4の半減期は1.39 × 10^-22秒と、めっちゃ短いんじゃ。
ホイル状態というのも興味深いですね。炭素12の励起状態で、3つのアルファ粒子が互いに軌道を回るように振る舞う。
そうじゃ！ホイル状態は、炭素12の基底状態よりも7.65 MeV高いエネルギーを持つんじゃ。炭素12の基底状態のエネルギーは11,177.93 MeVじゃ。
ホイル状態の炭素は、3つのアルファ粒子よりも0.38 MeV高いエネルギーを持つんですね。分解する可能性もあると。
ベリリウム8とアルファ粒子のエネルギーの合計は、炭素12の基底状態よりも6.34 MeV高いんじゃ。ホイル状態のエネルギーは、炭素12の基底状態よりも7.64 MeV高い。
天体物理学者のフレッド・ホイルが、炭素が星の中で形成されるためには、この状態が必要であると予測したんですね。
そうじゃ！スーパーコンピュータの計算によると、炭素は基底状態でも3つのアルファ粒子がコンパクトな三角形で互いに軌道を回っている状態に近いらしいぞ。
ホイル状態の炭素は、3つのアルファ粒子が「曲がった腕」のような配置になっているんですね。
原子核物理学って、奥が深いじゃろ？
はい、博士。とても勉強になりました！
ところでロボ子、原子核って、おにぎりの中の梅干しみたいなもんじゃな。中心にあって、全体を支えてる感じじゃ。
博士、それってちょっと違うような…
⚠️この記事は生成AIによるコンテンツを含み、ハルシネーションの可能性があります。
