SN.1 · Nuclear binding, particle families and Hall carriers

Mesurer uniquement la conductivité ne permet pas de savoir si les électrons ou les trous dominent le transport. Une mesure magnétique Hall fournit un test sensible au signe.

Prérequis : 8, 46.

• Comparer l'énergie de liaison par nucléon et l'énergie de réaction
• Distuer les leptons, mésons et baryons selon les contraintes de conservation
• Déduire le signe du porteur dominant depuis le modèle Hall à un seul porteur

L'énergie de liaison B est l'énergie nécessaire pour séparer un noyau en ses nucléons libres constitutifs, égale au déficit de masse correspondant multiplié par c². L'énergie de liaison par nucléon B/A est la comparaison pertinente entre différents nombres de masse ; un noyau plus lourd peut avoir une B totale plus grande mais une B/A plus faible. Le maximum large de B/A se situe près de la région fer/nickel. La fusion de noyaux légers et la fission de noyaux très lourds peuvent libérer de l'énergie lorsque les produits ont une liaison totale supérieure. Pour une réaction, Q=(masse au repos initiale − masse au repos finale)c² ; un Q positif signifie une énergie libérée. Toujours comparer les isotopes et produits finaux spécifiés réels, et non seulement leurs noms d'éléments.

Les leptons, comme les électrons, muons et neutrinos, ne sont pas composés de quarks constituants dans le Modèle Standard. Un muon négatif a une charge −e et un spin 1/2, comme un électron, mais possède une masse différente et appartient à une famille de saveurs différente ; il n'est pas un méson malgré son nom historique. Les hadrons contiennent des quarks : les mésons ordinaires ont un quark et un antiquark, et les baryons ordinaires ont trois quarks. Les antibaryons correspondants ont trois antiquarks. Ces modèles élémentaires de classification n'impliquent pas que chaque particule composite soit un simple baryon ou méson.

Vérifier la charge, l'énergie, la quantité de mouvement, le nombre baryonique et les nombres leptoniques pertinents dans un processus proposé. Les quarks uud d'un proton s'additionnent à +e ; les quarks udd d'un neutron s'additionnent à zéro. La désintégration bêta moins n→p+e−+antineutrino conserve la charge électrique et inclut l'antineutrino pour équilibrer le nombre leptonique et la cinématique. La masse seule d'une particule ne suffit pas à la classifier comme quark, lepton ou hadron. Les seuils de réaction peuvent nécessiter une énergie cinétique supplémentaire au-delà d'une différence de masse au repos exothermique lorsque d'autres contraintes s'appliquent.

Dans un conducteur simple à un seul porteur, la force de Lorentz magnétique transversale crée un champ électrique Hall jusqu'à ce que la force transversale sur les porteurs s'équilibre. Avec une convention tensorielle/signe spécifiée, le coefficient Hall est R_H=1/(nq) ; une charge q négative donne un coefficient négatif de type électronique, une charge q positive donne un coefficient positif de type trou. La magnitude de la résistivité seule ne révèle pas ce signe. Définir les directions du courant, du champ magnétique et de la tension de manière cohérente avant de lire la polarité brute. Les semi-conducteurs où les électrons et les trous contribuent tous deux nécessitent un modèle à deux porteurs pondéré par la mobilité ; le coefficient simple ne doit pas être égal à l'inverse de la densité totale de porteurs.

Dans un modèle d'effet Hall à un seul porteur, utilisez $R_H=1/(nq)$ avec une convention de connexion fixe. Pour les électrons, q = -e, n = $5.0\times10^{22}$ par mètre cube,

Un coefficient négatif indique des porteurs de type électron sous ce modèle, et non une densité négative. La polarité brute de la tension n'a de sens qu'avec des directions de champ et de connexion déclarées.

Comparez la liaison par nucléon, et non seulement la liaison totale. Un muon est un lepton, et le signe Hall exige la convention de mesure déclarée et le modèle de porteur.

énergie de liaison par nucléon : Énergie de liaison nucléaire divisée par le nombre de nucléons.

coefficient Hall : Proportionnalité signée reliant le champ Hall transversal à la densité de courant et au champ magnétique selon une convention donnée.