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

電気伝導率を測定するだけでは、輸送が電子またはホールによって支配されているかを判別できない。磁気ホール測定は符号敏感なテストを提供する。

前提条件: 8, 46。

• 核子あたりの結合エネルギーおよび反応エネルギーを比較する
• レプトン、メソン、バリオンを保存則に基づいて区別する
• 単一キャリア霍尔モデルから支配的なキャリアの符号を推定する

結合エネルギーBは、原子核を構成自由核子に分離するために必要なエネルギーであり、対応する質量欠損にc²を乗じた値に等しい。核子あたりの結合エネルギーB/Aは、異なる質量数間での比較に用いられる指標である。より重い原子核は総結合エネルギーBが大きい場合でも、B/Aは低いことがある。B/Aの最大値は鉄・ニッケル領域付近にある。生成物の総結合エネルギーが増加する場合、軽核融合および重核分裂ではエネルギーが放出される。反応におけるQ値はQ=(初期静止質量−最終静止質量)c²で表され、正のQ値はエネルギーの放出を意味する。必ず指定された同位体と最終生成物を比較し、元素名だけで判断してはならない。

電子、ミューオン、ニュートリノなどのレプトンは、標準模型において構成クォークを持たない粒子である。負ミューオンは電荷が−e、スピンが1/2であり、電子と同様の性質を持つが、質量やフレーバーの分類が異なり、歴史的な呼称にも関わらずメソンではない。ハドロンはクォークを含む粒子であり、通常のメソンの1つのクォークと1つの反クォーク、通常のバリオンは3つのクォークからなる。対応する反バリオンは3つの反クォークからなる。これらの素朴な分類モデルは、すべての複合粒子が単純なバリオンまたはメソンであることを意味しない。

提案された過程において、電荷、エネルギー、運動量、バリオン数、関連するレプトン数を確認する。陽子のuudクォークの電荷の和は+e、中性子のuddの和は0である。ベータ崩壊n→p+e−+antineutrinoは電気的電荷を保存し、レプトン数と運動学を釣り合わせるために反ニュートリノを含む。粒子の質量だけでは、それがクォーク、レプトン、ハドロンのいずれかに分類できるわけではない。他の保存則が適用される場合、発熱反応の静止質量差を超えた運動エネルギーが必要となる反応閾値がある。

単純な単一キャリア導体では、横方向磁気ローレンツ力がホール電界を形成し、横方向キャリア力がつり合うまで続く。規定されたテンソル・符号慣例に従えば、ホール係数はR_H=1/(nq)である。負のqは電子型負の係数、正のqはホール型正の係数を示す。抵抗率の絶対値だけではこの符号は判別できない。生データ極性を読み取る前に、電流、磁場、電圧の方向を一定に設定する。電子とホールの両方が寄与する半導体には、移動度加重の二重キャリアモデルが必要であり、単純な係数が総キャリア密度の逆数に等しくなる必要はない。

単一キャリア霍尔効果モデルでは、固定されたリード慣例に従って$R_H=1/(nq)$を用いる。 電子の場合、q = -e、n = $5.0\times10^{22}$ 立方メートルあたり

総結合エネルギーだけでなく、核子あたりの結合エネルギーを比較せよ。ミューオンはレプトンであり、ホール効果の符号は宣言された測定コンベンションおよびキャリアモデルを必要とする。

核子あたりの結合エネルギー: 核結合エネルギーを核子数で割った値。

ホール係数: 規定された慣例の下で、横方向ホール電界と電流密度および磁場を結ぶ符号付き比例定数。