各元素別中性子、陽子の質量は?

質問

核融合によって質量損失が起きるというのであれば、各元素によって中性子や陽子の質量も異なっていると考えるのが自然だと思います。
ところが一般に中性子の質量、陽子の質量といったときには、単体の質量を提示するだけで鉄の中性子の質量だの炭素の陽子の質量だのと元素を特定して記述しているのを見たことがありません。この理由を知りたいです。

1　各元素別の中性子の質量も陽子の質量も分っているが高度の専門事項などの理由で質問人の眼に触れないだけなのか、
2　それとも各元素の質量数と原子量が判っているだけで、その先の中性子の質量と陽子の質量の細目までは判っていないのか、
3　あるいは必要とあれば比例配分をすればよいなどといった計算式があるのか、
4　はたまた何れでもないのか、
解説をつけて事実を教示して欲しく存じます。

なお、当方は大目に見ても高校生の知識しかありません。また、考えたり調べたりしないと回答を読解できないことがありますので、お礼には幾晩も要する可能性があります。
よろしく、お願いします。

回答No.2

lupinletrois · ベストアンサー

＞各元素によって中性子や陽子の質量も異なっていると考えるのが自然
→これが違います。鉄の中性子の質量とかは、中性子だけてんびんで測れる
でしょうか。中性子は、単独では半減期15分弱です。原子核の中では、安定に
存在できるものが存在します。質量含めて性質が違います。生きたまま、人間の
胸とか手首とかの重さを正確に測れないのと同じです。はかりに載せたときに、
残りの部分から全く力が加わってない状態を作れますか。別々の原子核を持つ
原子なら測れます。たとえば、鉄の原子量は 55.845 で ４種の同位体の混合物で
Fe[54] : 53.93961 (5.8%) , 　 Fe[56] : 55.93494 (91.72%) ,
Fe[57] : 56.93540 (2.2%) , 　 Fe[58] : 57.93328 ( 0.28%)
それぞれ、正確に測れ、これらの平均ということです。

＞陽子も中性子も、元素を問わずに同質量であるということですか
原子核という状態では、個々の素粒子の質量の和にならないだけです。
クォークもそうです。単独で取り出せてないため、幅のある推定値だけで、
質量は測定されてません。
（「クォーク・ミューオニウム」も Wikipedia で調べてみてください。）

お礼

お礼はNO.4のお礼の欄にあります。

補足

貴重な土曜日を回答に当てて下さって恐縮します。有り難うございました。

初出の質問文は各元素の原子量より先に陽子一個の質量と中性子一個の質量とが解かっていたのだ、との前提で書かれていて「単体の質量」とはこの値のことでした。どうやら出発点が違っていたように思います。ご回答を正しく読み取れたか否か確かめる意味で、ご返事頂けると有り難いです。

問1 Fe[52]:55.845と理解してよいですか。
問2 質量数54から58の鉄の同位体の原子量の加重平均を質量数52の鉄の原子量としているのだと理解してよいですか。
問3 一口に言うと、全ての元素の原子量が鉄と同様の方法で求められたのですか。
問4 各元素の質量数が分かる前に陽子の質量と中性子の質量が解かったのではなく、例えば異なる二つの元素の原子量を鉄の原子量と同様に測定し、その後連立方程式を解くなどして、陽子の質量と中性子の質量は後から判ったのだと理解してよいですか。方法は例であって現実は連立方程式でなくても結構です。

以上の全てがイエスであればご回答を正しく読み取れたことになるし今回の質問も解決したことになる気がします。よろしくお願いします。

他の質問にも回答を寄せて下さっているのを承知しています。お礼が遅れていて済みません。

回答No.4

SortaNerd

陽子や中性子の単独での質量は測定できますよ。
半減期数ミリ秒の原子量の測定ができるくらいですから15分の半減期は理由になりませんし、陽子にいたっては半減期10^33年以上です。
No2さんの言いたかったのは原子核の中にある陽子や中性子を測定できないということです。

お礼

締め切るに当たって、皆さんへのお礼
疑問が氷解した訳ではありませんが、その後http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E9%87%8F・・（*）を見つけ、これによって各回答を理解し易くなりました（No.2にあるじゃないかと言わないで下さい。ワカランチンの分からなさ加減は、そんなに生易しくはない!?）。事前に、この事実を承知していれば質問の仕方が随分変わっていたと思います。質問文は原子量が平均値だとの認識がない時点で作られました（つまり陽子の質量分として幾ら、中性子の質量分として幾ら、合わせて原子量が幾らという具合に算出されているのだと思っていました）。

今後は公表されている陽子と中性子の値は、どんな方法で得られたのかだけに焦点を絞って調べれば質問人の欲求が満たされることになります（前進したというべきか、やっと振り出しに戻ったと言うべきか）。暫く教養書を探してみます。将来また質問をするときがあれば、その節もよろしくお願いします。

ご回答の甲乙を評価できるだけの能力はありませんが（*）を読んだ後で読み直すとNo.2のFeの原子量の算出法だけはよく理解できます。よってこれが20点。先着順でNo.1が10点です。気になさらないで下さい。
皆さん、大変有り難うございました。

補足

原子核を構成している時点では測定できないのが分かりました。
単体で測定できるならば、次のように考えたくなります。
β-崩壊によって陽子が飛び出しませんか。β+崩壊によって中性子が飛び出しませんか。この陽子と中性子の質量を測定すれば元素ごとの陽子と中性子の質量を直接測定できることになり、元素によって少しずつ値が異なっているのが判る理窟になりませんか。これはどこに考え違いがあるのでしょうか。
よろしくお願いします。

回答No.3

ht1914

理科年表に載っている数字で説明します。質量欠損はご承知だということなのでしつこいことになるかも知れません。１２Ｃ＝１２の原子質量単位で書きます。

２Ｈ　＝２．０１４１０１８（陽子１、中性子１）
４Ｈｅ＝４．００２６０３２（陽子２，中性子２）

２Ｈ×２＞４Ｈｅです。かなり少なくなっています。これが質量欠損ですね。

この時、Ｈｅの中での個々の陽子の質量、中性子の質量は意味を持たないだろうと＃１，＃２の方が書いておられます。くっついて初めてこの様な値になるわけです。取り出せないわけです。取り出せば別のものになっています。陽子一つと中性子一つの場合と陽子２つ、中性子２つの場合でも質量の違いは結びつきの効果なんですから合わせて～だけ減ったとしか言えません。比例配分して値を出したからと言って何処でそれを使うことが出来るでしょうか。原子毎に全部値が異なってくるわけですから意味を持たなくなります。質量欠損が陽子（または中性子）を基準にして何個分ということは出来ます。これは比率に換算しているのであって原子の中での質量を出しているのではありません。

子どもの時に聞いたとんち話に「両手を叩いて出した音が右手の出した音か、左手の出した音かを問うことは出来ない」というのがありました。比率を問うことも出来ないでしょう。これに似ているように感じます。

お礼

お礼はNO.4のお礼の欄にあります。

補足

ご回答有り難うございます。
No.2の回答に対する補足の欄の問4に記しましたが、突き詰めて言うと陽子や中性子の単体としての質量が先に分かったのか、それとも2つ以上の元素の原子量が先に分かったのかということだと思います。これがはっきりしていたら今回の質問は出なかっただろうということです。この質問の質疑からどうやら後者だと推測しています。ご存知でしたらご一報下さると有難いです。

回答No.1

SortaNerd

原子核の中の陽子や中性子を考えることは無意味だと思います。
質量損失というのも陽子や中性子が軽くなるわけではなく、陽子と中性子の結び付きによって軽くなっているわけです。
炭素の中の陽子はそのままでは中性子と結びついてしまって単独で取り出すことができませんし、取り出したところで単なる中性子になるだけです。

ちなみに原子核の中では陽子と中性子はお互いに入れ替わっているそうです。
ですからなおさら「原子核の中の陽子」という表現に意味は無くなると思います。

お礼

お礼はNO.4のお礼の欄にあります。

補足

>>質量損失というのも陽子や中性子が軽くなるわけではなく

陽子も中性子も、元素を問わずに同質量であるということですか。
陽子<中性子は承知しています。