论中子、质子、电子、临界光子和原子核的半径

沙寅岳 ( shayinyue@qq.com or shayinyue@126.com ) 

合肥工业大学 工业电气自动化 84届工学学士

( 中国315131 浙江省 宁波市 鄞州区 横溪镇 桃园新村路下9号105室 )

摘  要

库仑定律是以经典力学的牛顿定律对宏观世界的方式对基本粒子世界成立：在核子与核子之间、在质子与电子之间、在电子与光子之间都符合库仑定律和牛顿定律。光子是由正电粒子和负电粒子组成的旋转的电偶极子，是光速运动的电磁波的波源，光子与光子之间可以通过电磁波建立相互作用.

关键词: 中子、质子、电子、临界光子、质量、半径、频率、密度、常数。

一、中子的衰变

中子会自发地发生衰变转变成为质子，同时释放出电子和部分中性物质。根据力的平衡关系，中子在衰变之前，有如下公式成立： 

K×Qp×Qe / (Rn×Rn) = (Mn－Mp)×C×C / Rn   --------------------------------------- (1)

式中K为电磁常数；Qp为质子的电量；Qe为电子的电量；Mn为中子的质量；Mp为质子的质量；Rn为中子的半径；C为光速。

根据2006年基本物理常数国际推荐值，我们取物理学常数数值如下：

Mn:1.674927211(84)×10^-27 kg; Mp:1.672621637(84)×10^-27 kg; Me:9.10938215(46)×10^-31 kg.

中子发生衰变转变成为质子所释放出来的物质的总质量为 Mn－Mp：

Mn－Mp = 1.674927211(84)×10^-27 －1.672621637(84)×10^-27 = 2.30557374(89)×10^-30 kg.

二、中子的半径

由公式（1），我们可以获得中子半径的计算公式：

Rn = K ×Qp×Qe / ( (Mn － Mp)× C^2 )   ------------------------------------------- (2)

根据2006年基本物理常数国际推荐值，我们取物理学常数数值如下：

K = 8.9875517873681764×10^+9 m/F, Qp = Qe =1.602176487(40)×10^-19 C, C = 299792458 m/s.

由公式（2）我们可以计算获得中子的半径Rn为：

Rn = K ×Qp×Qe / ( (Mn － Mp)×C^2 ) = 1.11337558(48)×10^-15 m   ----------------- (3)

三、中子的频率

由中子的半径，我们可以计算获得中子的自转的频率:

Fn = C / ( 2×π×Rn) = 4.2854768(19)×10^+22 1/s   ----------------------------------- (4)

四、中子的密度

由中子的半径，我们可以计算出中子物质的平均密度:

Dn = Mn / (4/3×π×Rn^3 ) = 2.8972252(39)×10^+17 kg/m^3   --------------------------- (5)

五、质子的半径

由中子的半径和核物质的平均密度，我们可以计算出质子的半径:

Rp = (Mp/Mn)^(1/3)×Rn = 1.11286448(48)×10^-15 m   --------------------------------- (6)

六、电子的半径

由中子的半径和核物质的平均密度，我们可以计算出电子的半径:

Re = (Me/Mn)^(1/3)×Rn = 9.0880914(40)×10^-17 m   ---------------------------------- (7)

七、原子核的半径

我们根据中子的半径和核物质的平均密度可以计算原子核的半径，原子核的半径Ra为： 

Ra = (Ma / Mn)^(1/3)×Rn   --------------------------------------------------------- (8)

式中Ma为原子核的质量，Ra为原子核的半径。

原子质量单位Mu (Mu = 1.660538782(83)×10^-27 kg)，原子质量单位的半径Ru为：

Ru = (Mu/Mn)^(1/3)×Rn = 1.11017826(48)×10^-15 m   --------------------------------- (9)

Ra = Ru × A^(1/3)   -------------------------------------------------------------- (10)

式中A为原子核的质量数。

八、临界光子的物理常数

光子是由正电粒子和负电粒子组成，电子对正电粒子的吸引力减去对负电粒子的排斥力等于光子围绕电子运动的离心力，经过理论上的推导，获得如下高精度的计算公式：

2×Ro^2 ＋ Ro^2 (Ro/(Re＋2Ro))^2 ＋ 4×Re×Ro － 2×Rceo×Ro ＋ Re^2 = 0   -------- (11)

Rceo = K×Qp×Qe / ( Me×C^2 ) = 2.8179402894(58) fm   ---------------------------- (12)

Rcp = 2×Ro; Ro = 0.0015674688（15） fm;

半径: Rcp = 0.0031349376（29）fm; 质量: Mcp = 9.347546（38）×10^-36 kg;

能量: Ecp = 4.200578（17）×10^-19 J; 能量: Ecp = 2.621795（11） eV;

频率: Fcp = 6.339471（26）×10^14 Hz; 波长: λcp = λsha = 472.8982（20） nm;

应用维恩位移定律我们可以获得:

Tsha = 2897768.5(51) nm·K /λsha = 6127.679（37）K   ------------------------------- (13)

我们发现：临界光子的波长刚好在太阳光谱能量辐射的峰值位置，由此证明，除了上面的公式和数据高度精确外，还证明了正电物质和负电物质具有同样的密度和荷质比。

九、中子的内核半径和电荷

中子中心带正电，外层带负电，正电和负电的密度及荷质比相同，我们可以计算中子的内核半径:

NRn = (Mn/2/Mn)^(1/3)× Rn = 0.88368678(38)×10^-15 m   ---------------------------- (14)

中子的内核电荷:

NQn = (Mn/2/Me)× Qp = 919.341830(92) Qp  ----------------------------------------- (15)

十、质子的内核半径和电荷

由于正电和负电的密度及荷质比相同，我们可以计算质子的内核半径:

NRp = ((Mp＋Me)/2/Mn)^(1/3)× Rn = 0.88344144(38)×10^-15 m ------------------------ (16)

质子的内核电荷:

NQp = ((Mp＋Me)/2/Me)× Qp = 918.576336(91) Qp ------------------------------------ (17)

十一、临界光子的带电粒子的电荷

由中子的物质平均密度和电子的荷质比，我们可以计算临界光子的带电粒子的电荷:

NQcp = (Mcp/2/Me)× Qp = 0.51307243(23)×10^-5 Qp ---------------------------------- (18)

参考文献

卢森锴，郭奕玲，沈慧君. 2006年基本物理常数国际推荐值 物理37卷2008年3期p183-191

Lucern wenkai, Guo Yiling, Shen Huijun. CODATA recommended values of the fundamental physicsl constants – 2006, Physics 37 (2008, 3) p183-191.  中子半径计算公式发现于2002年