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

Medir apenas a condutividade não revela se elétrons ou buracos dominam o transporte. Uma medida magnética de Hall fornece um teste sensível ao sinal.

Pré-requisitos: 8, 46.

• Comparar energia de ligação por nucleon e energia de reação
• Diferenciar léptons, mésons e bárions com restrições de conservação
• Inferir o sinal do portador dominante a partir do modelo de Hall de um único portador

A energia de ligação B é a energia necessária para separar um núcleo em seus nucleons livres constituintes, igual ao correspondente déficit de massa vezes c². A energia de ligação por nucleon B/A é a comparação relevante entre diferentes números de massa; um núcleo mais pesado pode ter maior B total, mas menor B/A. O máximo amplo de B/A está próximo da região do ferro/níquel. A fusão de núcleos leves e a fissão de núcleos muito pesados podem liberar energia quando os produtos têm maior energia de ligação total. Para uma reação, Q=(massa de repouso inicial−massa de repouso final)c²; Q positivo significa energia liberada. Sempre compare os isótopos especificados e produtos finais reais, não apenas seus nomes de elemento.

Léptons como elétrons, múons e neutrinos não são compostos por quarks constituintes no Modelo Padrão. Um múon negativo tem carga −e e spin 1/2, como um elétron, mas possui massa diferente e pertence a uma família de sabor distinta; não é um méson apesar de seu nome histórico. Hádrons contêm quarks: mésons ordinários têm um quark e um antiquark, e bárions ordinários têm três quarks. Bárions antipartículas correspondentes têm três antiquarks. Esses modelos elementares de classificação não implicam que toda partícula composta seja simplesmente um bárion ou méson.

Verifique carga, energia, momento, número bariônico e números leptônicos relevantes em um processo proposto. Os quarks uud de um próton somam +e; o nêutron udd soma zero. A desintegração beta-negativa n→p+e−+antineutrino conserva carga elétrica e inclui o antineutrino para equilibrar o número leptônico e a cinemática. A massa de uma partícula sozinha não a classifica como quark, lépton ou hádon. Os limiares de reação podem exigir energia cinética além da diferença exotérmica de massa de repouso quando outras restrições se aplicam.

Em um condutor simples de um único portador, a força de Lorentz magnética transversal constrói um campo elétrico de Hall até que a força transversal dos portadores se equilibre. Com uma convenção de tensor/sinal declarada, o coeficiente de Hall é R_H=1/(nq); q negativo resulta em coeficiente negativo tipo elétron, q positivo resulta em coeficiente positivo tipo buraco. A magnitude da resistividade sozinha não revela esse sinal. Estabeleça as direções de corrente, campo magnético e voltagem consistentemente antes de ler a polaridade bruta. Semicondutores com contribuições de elétrons e buracos exigem um modelo de dois portadores ponderado pela mobilidade; o coeficiente simples não precisa ser igual ao inverso da densidade total de portadores.

No modelo de efeito Hall de um único portador, use $R_H=1/(nq)$ com uma convenção fixa de terminais. Para elétrons, q = -e, n = $5.0\times10^{22}$ por metro cúbico,

Coeficiente negativo indica portadores tipo elétron neste modelo, não densidade negativa. Polaridade de tensão bruta só tem significado com direções de campo e fio declaradas.

Comparar a ligação por nucleon, não apenas a ligação total. Um múon é um lépton, e o sinal Hall requer a convenção de medição declarada e o modelo de portador.

energia de ligação por nucleon: Energia de ligação nuclear dividida pela contagem de nucleons.

coeficiente de Hall: Proporcionalidade assinada que relaciona o campo transversal de Hall à densidade de corrente e ao campo magnético sob uma convenção estabelecida.