Das Leben des Protons [geschlossen]

Was bedeutet diese Lebenszeit?

Dies ist die experimentelle untere Grenze der Protonenlebensdauer. Was es bedeutet, nur weil wir keinen Protonenzerfall gesehen haben, heißt das nicht, dass es das nicht kann.

In was zerfällt das Proton?

Dies hängt wahrscheinlich davon ab, welches theoretische Modell Sie betrachten, aber es scheint, dass es entscheidend die Menge erhalten muss$B-L$, statt$B$und$L$(Baryonen- und Leptonenzahl), die im Standardmodell einzeln konserviert sind. Was Wissenschaftler suchen, ist der Zerfall eines Protons als:

$p^{+} \rightarrow e^{+} \pi^{0}$

und folglich

$\pi^{0} \rightarrow \gamma \gamma$

Wo$\gamma$ist ein Photon,$e^{+}$ist ein Positron und$\pi^{0}$ist ein neutrales Pion.

2) Da Proton aus Quarks besteht, die zwar nicht einzeln existieren, aber zusammen existieren und geladen sind, ist es möglich, dass unter extrem starken elektrischen Feldern auch Protonen, Elektronen oder Neutronen induzierte Ladung erhalten, dh Down-Quarks bewegen sich nach unten eine Seite und Up-Quarks zu einem? Existieren sie in ihren Heimatstaaten als eine Art elektrischer Dreipol?

Vielleicht ist dies bei Neutronen einfacher zu sehen, die ebenfalls aus Quarks bestehen und elektrisch neutral sind, aber aufgrund des Quarkgehalts, wie Sie erwähnt haben, ein magnetisches Moment haben. Dies würde bei Elektronen definitiv nicht passieren, da sie keine zusammengesetzten Teilchen sind. Es sollte auch beachtet werden, dass das Elektron ein magnetisches Moment hat, aber das liegt daran, dass es einen Eigenspin hat .

Nur meine Meinung, aber ich denke, die zitierte Aussage ist widersprüchlich.

Eine Schätzung einer Halbwertszeit größer als eine Zahl ist eine andere Art zu sagen: „Wir haben nach Zerfällen gesucht; wenn die Halbwertszeit kurz genug gewesen wäre, hätten wir einige Zerfälle mit unserer Ausrüstung gesehen; wir haben es nicht getan ist nicht."

OTOH, Stabilität ist ein theoretisches Konzept: „Gibt es eine energetisch mögliche Reaktion, die zu dem fraglichen Zerfall führt.

Bestes Beispiel ist das Isotop Wismut-209. Es gab keinen messbaren Zerfall dieses Isotops: Es wurde in den meisten Referenzen als stabil aufgeführt. Der Alpha-Zerfall von Wismut-209 kann jedoch anhand gemessener Isotopenmassen leicht als energetisch möglich gezeigt werden. 2003 wurde die Strahlung entdeckt und für Wismut-209 eine Halbwertszeit von 600 Yottasekunden gemessen.

In Bezug auf die Polarisierbarkeit des Nukleons – es ist am besten, sich das Neutron anzusehen (da es neutral ist). Es hat ein magnetisches Dipolmoment. Jedes elektrische Dipolmoment würde die Zeitumkehr und die Paritätssymmetrie verletzen.

Es wird erwartet, dass eine CP-Verletzung im Standardmodell dazu beiträgt:

was weit unter der experimentellen Grenze liegt:

Da liegt die verfügbare Ladung bei ca$e$, das heißt positive und negative Ladung heben sich nicht um etwa mehr als auf$10^{-26} cm$, das ist 1 Teil in$10^{-13}$relativ zum 1-fm-Neutron.

Bei einer induzierten Polarisation würde das elektrische Feld mit Sicherheit oberhalb der Paarbildungsschwelle liegen. Dies wird manchmal als "Funken des Vakuums" bezeichnet - wenn Kern (oder Ionenkollision) mit$Z > 1/\alpha \approx 137$entsteht, ist das elektrische Feld so stark, dass es energetisch günstig wird, ein zu erzeugen$e^+e^-$Paar - das dann das Feld abschirmt.

Für den ersten Teil der Frage bedeutet dies, dass die experimentellen Beweise ausreichen, um einen Zerfall mit einer Lebensdauer bis zu dem angegebenen Wert von ~ auszuschließen$10^{29}$Jahre (~$10^{36}$s, bzw$10^{12}$Ys), und ist mit einer noch längeren Lebensdauer vereinbar - einschließlich bis ins Unendliche. Insbesondere haben wir mit unseren aktuellen Instrumenten (wie Super Kamiokande, das darauf ausgelegt ist, nach so etwas zu suchen) KEINEN spontanen Zerfall beobachtet, sondern weil wir so lange nur so viele Protonen in ihnen beobachtet haben , wir können nicht ausschließen, dass es einen Zerfall mit einer längeren Lebensdauer durchmacht, das heißt, dass bisher kein Zerfall beobachtet wurde , aber das bedeutet nicht, dass man in Zukunft keinen Zerfall mehr sehen wird . Und empirisch gilt dies tatsächlich für alle Teilchen – wir können niemals beweisen, dass ein Teilchen (oder irgendetwas anderes) absolut istund wie das Wesen dies erklärt hätte, wenn es es vorher nicht hätte erreichen können ...). Das heißt, es ist gerademöglicherweise könnte das Elektron nach einer gottlosen Zeit zerfallen, und wir werden es niemals anders beweisen können, obwohl die Theorie, die wir bisher haben, besagt, dass dies nicht der Fall sein sollte.

Da fragt man sich natürlich, warum wir uns überhaupt mit dem Zerfall von Protonen befassen, und der Grund dafür ist , dass einige Theorien darauf hindeuten, dass dies passieren könnte. Keiner von ihnen hat bisher experimentelle Beweise, die sie stützen könnten; diese Experimente sind eine Möglichkeit, einige zu finden (nämlich, wenn wir den Zerfall eines Protons beobachten würden, wäre dies genau der Beweis, nach dem wir gesucht haben). Insbesondere sogenannte "Grand Unified Theorys" legen dies in einer Größenordnung nahe$10^{32}$Jahre oder so (so höher als die bisherige experimentelle Grenze) zerfällt das Proton in ein Positron und ein neutrales Pion ($\pi^0$), von denen letzteres sofort zu Gammastrahlen-Photonen zerfallen würde, wodurch nur Positronen und Photonen übrig bleiben, und das Positron kann mit einem Elektron vernichten, was dazu führt, dass das gesamte Universum schließlich zu einem Bad aus Photonen allein degradiert wird (von unverständlicherweise lange Wellenlänge aufgrund der kosmischen Expansion). Damit ist deine andere Frage beantwortet. Nun ist dies nicht der einzig mögliche Weg, auf dem ein Zerfall stattfinden könnte - eine andere Möglichkeit ist der Zerfall durch Prozesse höherer Ordnung im Zusammenhang mit der Gravitationswechselwirkung, insbesondere sogenannte "virtuelle Schwarze Löcher", die (glaube ich) zu demselben führen würden Zerfallsergebnis (ein Positron und ein Pion), aber hier mit einer viel, viel längeren Halbwertszeit$10^{200}$Jahren, was das Testen schwierig macht, da Sie die Umgebung beobachten müssten$10^{200}$Protonen, um einen Zerfall zu sehen, und es gibt nur in der Größenordnung von$10^{80}$Protonen im gesamten beobachtbaren Universum, eine volle$10^{120}$zu wenig (um sich das vorzustellen, stellen Sie sich vor, dass alle Protonen des beobachtbaren Universums in einem Proton wären, und dieses Proton war eines in einem anderen beobachtbaren Universum , dessen Protonen jeweils ein ganzes beobachtbares Universum von Protonen waren, und dann stellen Sie sich vor, dieses Universum wäre ein Proton innerhalb eines planetoiden Objekts aus Protonen jedes der Universen von Protonen von Protonen dieses Typs.).

In Bezug auf Ihre andere Frage haben die Quarks auf einem Proton Bruchladungen, wo zwei haben$+\frac{2}{3} e$und man hat$-\frac{1}{3} e$. Theoretisch sollten Sie sie also mit einem Feld trennen können, ABER Sie können Quarks nicht isolieren, und der Grund dafür ist, dass die starke Kraft oder Farbwechselwirkung zwischen ihnen mit der Entfernung nicht losgelassen wird und Sie sie daher so weit ziehen könnten wie du willst, und sie würden sich immer noch so wahnsinnig anziehen wie eh und je ... aberWenn Sie dies tun, bauen Sie schließlich so viel potenzielle Energie auf, dass Sie ein neues Quark / Antiquark-Paar herausreißen (Sie haben genug Energie aufgewendet, um gegen die starke Kraft zu arbeiten, dass sie der Masse-Energie dieser Teilchen entspricht, und dann bläst die Quantenunsicherheit ein aus dem Vakuum) und es "schnappt" in Diquark-Teilchen, also keine einsamen Quarks. (Und laut @JEB könnte es auch sein, dass das elektrische Feld das Vakuum auflöst, bevor Sie ohnehin beginnen, das Proton signifikant zu polarisieren, sodass Sie nicht einmal so weit kommen können.)

Da die mittlere Lebensdauer von Protonen >2,1×1029 Jahre beträgt und alle Sterne, Sonnen und Materie aus Protonen bestehen, hat der Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren nicht stattgefunden. Wenn ein Stern tot ist, bedeutet dies, dass nicht genug Wasserstoff (Proton) zum Brennen vorhanden ist