原子の中の原子核と電子

質問

原子は、原子核と電子から構成されていますね。それらは、プラスとマイナスの電荷を持っていますね。それなのに何故、原子核と電子は衝突してしまわないのでしょう。素粒子の実験では、加速器という装置を使って、素粒子同士をぶつけることができるそうですが、このような衝突が何故、原子の中で起こらないのでしょうか。みなさん、よろしくお願いします。

回答No.7

ryumu

もう、みなさんが正解をだしておられるように、不確定性原理によります。
これは、運動量、位置の不確定性をそれぞれΔｐ、Δｘで表したとき、
　　Δｐ・Δｘ≧ｈ
を満たすため（ｈはプランク定数）、電子が原子核に落ち込もうとすると（Δｘが小さくなろうとすると）、Δｐが大きくなってしまい運動エネルギーが大きくなってしまいます。したがって、電子は落ち込むことができず、釣り合いのいい位置に存在するようになります。結局電子の波動性が効いてくるからなんでしょうね。
一方、運動エネルギーを大きくすると、Δｘは小さくなりえます。

話はそれますが、この不確定性原理の効果は、一般の化学結合でも働いています。
結合している２原子では、電子が２原子核間を移動することで（Δｘを大きくすることで）、結合の安定化に寄与しています。
このように粒子の交換による物質の結合の安定化は、原子核の陽子間（核内では正電荷同士で結合している）でも起こっていると考えられ、その媒介粒子の存在が湯川秀樹博士により予言され、立証されました。湯川粒子または中間子と呼ばれています。