Mogens Dam - Associate Professor - Niels Bohr Institute var så flink at besvare et par molekyle spørgsmål for mig:


1. Hvorfor smelter elektronen ikke sammen med protonen?

Det er således, at de forskellige elementarpartikler (som f.eks. elektronen og protonen) har adskillige såkaldte kvantetal. En del af disse kalder vi generelt for “ladninger”. Den _elektriske_ ladning er blot et af partiklernes kvantetal. For at to partikler skal kunne “smelte sammen”, som du kalder det, eller “annihilere”, som vi kalder det, skal ikke kun den elektriske ladning være modsat,
men samtlige ladninger skal være modsatte. Dette er ikke tilfældet for elektronen og protonen, som tilhører to vidt forskellige klasser af partikler.

Så derfor annihilerer de to ikke. Faktisk er det således, at det kun er en partikel og dennes anti-partikel, som som har samtlige kvantetal modsatte og dermed kan annihilere. Der findes f.eks anti-protoner (som man producerer og laver eksperimenter
med ved CERN). Disse kan annihilere med protoner. Ligeledes har elektronen en antipartikel, kaldet en positron. Det er interessant, at der faktisk eksisterer en bunden tilstand af en positron og en elektron, kaldet prositronium. Det er et slags brintatom, hvor protonen er skiftet ud med en positron. Men da det er en bunden tilstand af en partikel og dennes antipartikel, så vi der ske lige præcis det du nævner: De to partikler vil kunne annihilere.
Dette sker megt hurtigt: i gennemsnit efter en tiendedel af en milliardedel af et sekund.
Levetiden af positronium er altså dermed yderst kort. I modsætning til brintatomet, som så vidt vi ved lever uendeligt.

I den praktiske verden benyttes annihilation af elektroner og positroner i den såkaldte PET (positron electron tomography) scanning på hospitalerne. Man indgiver patienterne et svagt radioaktivt stof, som udsender positroner. Disse frigøres i kroppen, og annihilerer der med elektroner, hvorved der skabes to meget højenergetiske fotoner (lyskvanter), som forlader kroppen i direkte modsatrettede baner. Ved at observere de to fotoner, kan man derved bestemme hvor annihilationsprocessen foregik, og dermed danne et billede af kroppens indre organer.

2. Hvor kommer energien fra der får elektronen til at bevæge sig rundt om kernen?

Det er således i kvantemekanikken, at tilstanden med mindst energi faktisk ikke tilsvarer energien lig nul. Enhver tilstand vil altid have en vis minimumsenergi. Dette hænger også sammen med kvantemekanikkens usikkerhedsrelation: Netop det, at intet nogensinde ligger i fuldstændig hvile gør, at der er en vis usikkerhed i naturen, som man ikke kan komme ud over
lige meget, hvor præcist man måler.
Det er netop denne minimumsenergi, der får elektronerne til at kredse om kernen.

Dette bringer umiddelbart et par spørgsmål frem:

Ad. 1. Hvorfor "klistre" elektronerne sig ikke op ad protronerne? Hvis kernen var en ært placeret i centrum af Rådhuspladsen er elektronen i periferien.

Ad. 2. Hvorfor drøner elektronen rundt om kernen - energien vil da på et tidspunkt være brugt - ellers har vi en Perpetuum mobile?