¿Sería más fácil fusionar protones si un electrón estuviera entre ellos?

El electrón no ayuda significativamente, porque la molécula de hidrógeno tiene un estado iónico negativo que todavía tiene una distancia bastante grande entre los protones. Está en el orden del tamaño del átomo de hidrógeno.

Pero si pudieras usar muones en lugar de electrones, la masa del muón es mucho mayor y el tamaño tanto del átomo muónico como del ion molecular se reduciría significativamente.

Podría actuar como un estado de entrada para la reacción de fusión.

El caso de la fusión protón-protón aún no es terriblemente favorable, ya que se requiere una interacción débil antes de que la fusión pueda formar un deuterón.

Pero la fusión catalizada por muones se ha propuesto en relación con la reacción D + T más habitual, donde funciona de la misma manera, al reducir la distancia necesaria para hacer un túnel a través de la barrera de Coulomb.

El problema es que los muones se descomponen antes de que puedan catalizar suficientes fusiones, teniendo una vida útil de solo 2 microsegundos en reposo.

El muón tiene una masa de aproximadamente 110 MeV, por lo que para pagar esa deuda de energía necesita un muón para catalizar muchas fusiones para obtener una ganancia neta de energía de esta manera.

Entonces, aunque promete, en principio, la fusión catalizada por muones no parece ser práctica todavía. Nadie ha logrado que realmente funcione.

La repulsión eléctrica entre protones dificulta la fusión protón-protón, pero no es la principal razón por la que la reacción de fusión es de una probabilidad inmensamente baja. Si los protones en colisión siguen siendo protones, simplemente colisionarán elásticamente y rebotarán. La combinación de repulsión eléctrica y energía cinética crea un problema de energía demasiado grande para que los dos permanezcan juntos.

Obtener un electrón entre los dos en el momento justo para reducir la parte de repulsión no ayudará, porque el electrón simplemente no puede permanecer allí el tiempo suficiente. Puede hacer un cálculo de orden de magnitud para la incertidumbre en el momento del electrón para el confinamiento en un espacio mucho más pequeño que un protón basado en el Principio de incertidumbre, y la incertidumbre resultante en la velocidad indica la probabilidad de velocidades altamente relativistas.

El electrón se iría en una pequeña fracción de segundo.

Para que la reacción protón-protón produzca fusión, un protón debe cambiar a un neutrón. Esto solo puede suceder con la interacción débil, y eso es tan improbable en el tiempo antes de que los protones se dispersen entre sí que una vez hice un cálculo aproximado que indicaba que incluso en el núcleo del sol un protón rebotaría sobre otros protones algo así como ¡10 ^ 32 veces en promedio antes de fusionarse!

Por cierto, hay muchos electrones en los núcleos de las estrellas, y se ha demostrado que los cálculos de las tasas de fusión en las estrellas son bastante precisos sin tener en cuenta los efectos de blindaje electromagnético. Pueden ayudar en pequeñas cantidades, pero esto no es nada que podamos utilizar en nuestros laboratorios.

Pasará mucho tiempo antes de que los humanos demuestren directamente la fusión de protones. Supongo que nos extinguiremos antes de desarrollar dicha tecnología.

Como en el hidrógeno diatómico, ¿la forma más común de hidrógeno en el planeta?

¡No!

No puede obtener el momento justo. No puede apuntar tanto los electrones (necesitaría dos) como los protones con mucho cuidado, y todo exactamente al mismo lugar, exactamente al mismo tiempo.

Piense en la “incertidumbre de Heisenberg”. Además, no se trata solo de la repulsión de carga, sino de formar un enlace protón-protón más estable, y no hay uno sin neutrones presentes.

No lo sé. Vale la pena intentarlo. ¿Te das cuenta, por supuesto, que los protones son pequeños? Además, los electrones son más pequeños que los protones pequeños. Me imagino que si se envían un lío de protones y electrones entre sí, en algún lugar lo que quieras que suceda (o no). ¿Cómo sabrías?