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.4

motsuan

電子が原子核に落ち込まないことは不確定性原理でも説明できます。
プラスとマイナスの電荷が引き合う力よって核に近づくと、
電子が狭い範囲にいることになり、不確定性原理から運動エネルギーが大きくなります。
このため、プラスとマイナスの電荷が近づくことよってエネルギーが低くなる分よりも
結局エネルギーが高くなって損をする（安定でなくなる）というストーリーです。

衝突の場合も軌道の延長で考えることもできるます。
たとえば彗星のように遠くから太陽をめがけてやってきて、
また、太陽からとうざかる。
これが周期的な軌道を描くのはエネルギー的に
太陽の重力に取らえられているからで、
エネルギーを上げていくと、軌道が閉じなくなります。
これを遠くから眺めれば（？）、太陽に散乱されたように見えます。
電子の場合も同様に考えられます
（siegmundさんの言われている連続なエネルギーを取る領域です）。

でも、原子核と衝突させる（原子核の構造が見える）
ためには上に述べたように不確定性原理があるために
相当高いエネルギーをつぎ込まないといけないと思います（違うかな？）。

あと、問題の意図とは違いますが、
電子の軌道がｓ軌道と呼ばれる状態である場合、
原子核のところにも存在確率ができます。
これをフェルミコンタクトといって、これを通して電子の軌道のゆがみなどを
核磁気共鳴などで知ることができます
（電子が核とぶつかっているわけではありません）。

お礼

ありがとうございました。
ｓ軌道で、原子核にも電子の存在確立があるって不思議な感じがします（びっくりしました）。