Kärnämne

Kärnämne är ett begrepp inom kärnfysik som oftast används för att beteckna nukleoner, protoner och neutroner, som bygger upp atomkärnan. Tillsammans utgör kärnämnena kärnans byggstenar och bestämmer atomens egenskaper genom hur många och vilka kärnämnen som finns i kärnan.

Alla kärnämnen är fermioner med halvahögt spinn, vanligtvis 1/2. Protonen har elektrisk laddning +e och neutronen är elektriskt neutral. Deras massor är cirka 938 MeV/c^2 respektive 939,6 MeV/c^2. På grundläggande nivå består kärnämnen av tre kvarkar: protonen består av två up- och en down-kvark (uud), neutronen av en up- och två down-kvark (udd). Dessa kvarkar hålls samman av den starka kärnkraften, som medierar via gluoner. Isospin används som ett teoretiskt kvanttal som beskriver likheterna mellan protoner och neutroner.

I kärnan verkar en korträckviddig stark kärnkraft mellan kärnämnena. Denna kraft övervinner den elektromagnetiska repulsionen mellan protonerna och ger kärnan dess bindning. Kärnämnens rörelse inom kärnan bildar ett tätt kvantmekaniskt system där bindningsenergin per nucleon är av stor praktisk betydelse och ligger för många kärnor runt cirka 8 MeV. Kärnans radie följer ungefär R ≈ 1,2 fm × A^(1/3), där A är antalet nucleoner.

Viktiga processer involverar beta-sönderfall, där en neutron omvandlas till proton, elektron och antineutrino (n → p + e− + ν̄e) när energin tillåter det. Kärnämnen är centrala inom kärnfysik, kärnkraft, medicinsk bildteknik och astrofysik, särskilt i nukleosyntes i stjärnor och i neutronstjärnors fysik.

---