Stabilität des Wasserstoffatoms und Positronium

Die Symmetrien, die Sie vermissen, sind die Erhaltung der Baryonenzahl$B$und Leptonenzahl$L$.

Wir vermuten stark, dass die Baryonenzahl keine exakte Symmetrie ist, weil das Universum sehr viele Baryonen und sehr wenige Antibaryonen zu enthalten scheint. Tatsächlich ist es ein besseres Maß für die Baryonen-Asymmetrie des Universums, die Baryonendichte mit der Dichte kosmischer Mikrowellenphotonen zu vergleichen, da sich das Gas von Baryonen und Antibaryonen beim Urknall in diese verwandelte; Nach diesem Standard hat das Universum eine Baryonenasymmetrie von etwa 10 ^-9 . Aber kein Prozess, der die Baryonenzahl verletzt – beginnend mit einem Proton,$B=1$, und am Ende nur mit Pionen,$B=0$, oder so etwas – ist jemals in irgendeinem Labor beobachtet worden.

Wir haben auch keine Beweise für irgendwelche Prozesse, die die Leptonenzahl ändern. Schwache Zerfälle, wie$\beta$Zerfall, erzeugen Leptonen und Antileptonen immer paarweise. Ich bin mir nicht sicher, ob eine Verletzung der Leptonenzahl von der Kosmologie genauso gefordert wird wie eine Verletzung der Baryonenzahl: Es ist möglich, dass die Materieelektronen durch eine gleiche Anzahl von Antimaterie-Neutrinos ausgeglichen werden, die seit dem Urknall mit nichts mehr interagiert haben. Obwohl die theoretischen/phänomenologischen Argumente für$L$-Verletzung sind tatsächlich stärker als für$B$-Verletzung, da es möglich ist, dass Neutrino und Antineutrino tatsächlich dasselbe Teilchen sind.

Wenn Sie tief in die Literatur einsteigen, werden Sie Diskussionen über Theorien finden, die brechen$B$Und$L$aber erhalte den unterschied$B-L$, die zum Beispiel vorhersagt, dass das Proton durchlaufen werden sollte$p\to\pi^0+e^+$. (Das war eigentlich der ursprüngliche Zweck des riesigen Wassertanks bei Super Kamiokande in Japan: Unmengen von Wasserstoff in Sichtweite von Unmengen von Detektoren zu bringen und auf den Zerfall eines Protons zu warten. Die mittlere Zeit vor dem Zerfall für diesen speziellen Modus liegt irgendwo über 10 ³³  Jahren.) Ihr Verschwinden des Wasserstoffatoms hätte das gleiche Feynman-Diagramm,$e^-+p\to\pi^0$. Es gibt auch vergleichbare Grenzen für Interaktionen, wo$B$Änderungen um zwei Einheiten, wie z$pp\to\pi\pi$in den Grenzen eines schweren Kerns.

Der Postironium-Zerfall hat jedoch im Anfangszustand (mit einem Lepton und einem Antilepton) die Leptonzahl Null und im Endzustand (mit null Leptonen und zwei Photonen) die Leptonzahl Null und ist daher durch diese Erhaltungssätze nicht verboten.

Das Elektron ist das leichteste Lepton und das Proton das leichteste Baryon, daher ist es schwer zu erkennen, welche Reaktion stattfinden könnte, ohne die Leptonzahl oder die Baryonzahl zu verletzen.

Ich nehme an, wenn ein Protonenzerfall (zu einem Pion und einem Positron) auftritt, könnte es eine Reaktion geben, bei der ein Pion und zwei Photonen entstehen.