Warum besagt diese Quizfrage, dass sich Protonen und Elektronen nicht zu Neutronen verbinden?

Ich habe das irgendwo gelesen:

Wo sind die Protonen und Elektronen in einem Neutronenstern? Wenn sich der Neutronenstern bildet, verbinden sich die meisten Protonen und Elektronen zu Neutronen.

Aber bei einem Richtig/Falsch-Quiz habe ich die Frage gesehen

Ein Neutron entsteht durch die Kombination eines Elektrons und eines Protons und ist daher neutral.

aber die Antwort war falsch. Warum sind diese nicht widersprüchlich?

Es ist unklar, welche Frage Sie stellen. Ist der Titel Ihre Frage? Oder wollen Sie die richtige Reaktionsgleichung für die Entstehung von Neutronen in einem Neutronenstern wissen? Oder etwas anderes.
Ich möchte die richtige Reaktionsgleichung für die Bildung von Neutronen in einem Neutronenstern kennen
Wenn sich unter normalen Bedingungen ein Proton und ein Elektron verbinden, entsteht ein Wasserstoffatom. Nur unter extremen Bedingungen entsteht so etwas wie ein Neutron. Daher ist es wichtig, die Bedingungen für die Frage anzugeben.

Antworten (2)

Sie fragen nach zwei unterschiedlichen Phänomenen. Der Unterschied zwischen ihnen ist subtil, und ich denke, dass der zweiten Frage, die Sie zitieren, ein gewisser Kontext fehlt, was die Dinge verwirrender macht, als sie sein müssten.

Wenn sich der Neutronenstern bildet, verbinden sich die meisten Protonen und Elektronen zu Neutronen

Das ist meistens richtig. Der Prozess ist als "Elektroneneinfang" bekannt, und die vollständige Reaktion ist

P + e − → N + v e

Das andere Teilchen im Endzustand (dargestellt durch ein nu ) ist ein Neutrino . Das Neutrino ist ein ungeladenes, elektronenähnliches Teilchen mit sehr geringer Masse , genauso wie Neutronen und Protonen unterschiedliche Ladungszustände derselben Teilchensorte sind . Soweit wir in der Physik wissen, wird die Anzahl der elektronenähnlichen "Leptonen" und die Anzahl der protonenähnlichen "Baryonen" bei keinem physikalischen Vorgang verändert. Die Neutrinos spielen eine wichtige Rolle in der Dynamik der Sternkollaps, bei denen Neutronensterne entstehen, aber einige Autoren, die sehr elementare Erklärungen von Neutronensternen schreiben, lassen die Neutrinos aus ihren Beschreibungen heraus. Dieser Ansatz hat Vor- und Nachteile; Ihre Verwirrung hier ist einer der Nachteile.

Ein Neutron wird durch die Kombination eines Elektrons und eines Protons gebildet, daher ist es neutral: wahr oder falsch? Antwort: falsch

Dies ist eine grundlegend fehlerhafte Richtig-Falsch-Frage, da sie mehrere Aussagen gleichzeitig macht, von denen einige richtig sind. Die Frage, die ich hier aufgrund des Titels Ihrer Frage erwartet hatte, war eher so

Das Neutron ist ein Elektron und ein Proton, die irgendwie "zusammengeklebt" sind. (Antwort: falsch)

Wir haben einen anderen Namen für ein Elektron und ein Proton, die semipermanent „aneinander haften“, und die Dynamik dieses Systems unterscheidet sich stark von der Dynamik des Neutrons.

Wenn Sie im gewöhnlichen Leben makroskopische Objekte "zusammenfügen", sind die Dinge, die Sie kombiniert haben, immer noch irgendwie in der Kombination vorhanden. Aber in der Teilchenphysik ist die Situation anders. Der Elektroneneinfangprozess, über den wir hier sprechen, verändert grundlegend sowohl die Baryon- als auch die Lepton-Teile des Systems. Soweit sich ein Neutron wie ein zusammengesetztes Teilchen verhält, verhält es sich so, als ob es aus Quarks besteht .

Woher kommen also die Neutrinos, um den Elektroneneinfang zu erleichtern? Ich hatte den Eindruck, dass es sich um praktisch masselose Teilchen handelt, die durch ganze Planeten reisen können, ohne mit irgendetwas zu interagieren. Wie bekommt man die Protonen eines ganzen Sterns dazu, sie einzufangen, während sie in einen Neutronenstern zerfallen?
@MasonWheeler: Das Neutrino wird als Produkt aufgeführt, nicht als Reaktant.
...Oh. Okay, das macht mehr Sinn.
@MasonWheeler, obwohl es einen Prozess gibt, der allgemein als "inverser Betazerfall" bezeichnet wird, bei dem ein Proton ein Antineutrino "einfängt" und sich in ein Neutron umwandelt, während es ein Positron (Antielektron) emittiert. Überall schwirren Neutrinos herum, die für solche Reaktionen also immer zur Verfügung stehen.
@thegreatemu Teilweise wahr. Die meisten Hintergrund-Neutrinos haben nicht genug Energie, um den inversen Beta-Zerfall anzutreiben. Dies ist ein Thema heftiger Diskussionen in der Neutrino-Nachweis-Community.
Ich würde sagen, dass sich Deuterium und Tritium zu Helium verbinden können. Ist das nicht die richtige Formulierung?
@immibis Ich würde sagen, dass sich ein Deuteron und ein Triton zu einem Heliumkern und einem freien Neutron verbinden können.
Die Frage nach Wahr und Falsch stammte aus meinem Ncert-Wissenschaftsbuch und ein Führer beantwortete sie mit Falsch. Das war die Wurzel aller Verwirrung.
Was macht die Aussage falsch? Das Fehlen einer Neutrino-Erwähnung oder die Tatsache, dass nicht alle existierenden Neutronen auf diese Weise entstanden sind? Ich würde sagen, die Aussage ist seltsam, aber im Wesentlichen wahr; Ladung bleibt erhalten und 1 - 1 = 0.
"Soweit wir wissen, wird in der Physik die Anzahl der elektronenartigen "Leptonen" und die Anzahl der protonenartigen "Baryonen" in keinem physikalischen Prozess verändert" - oder um pedantisch zu sein, die Leptonenzahl ist nicht Ich habe mich geändert. Antineutrinos zählen als -1 zur Leptonenzahl. So erhält beispielsweise Proton -> Neutron + Positron + Neutrino die Leptonzahl, aber jemand, der naiv liest, dass sich die Anzahl der Leptonen nicht ändert, erkennt möglicherweise nicht, dass dies möglich ist. Wenn Sie Elektron + Positron -> Photon kennen, können Sie das natürlich herausfinden, wenn Sie daran denken :-)
@JollyJoker: Ich denke, das Fehlen eines Neutrinos macht es falsch, wenn es darum geht, über Teilchenwechselwirkungen zu sprechen. Bei einer Partikel-Wechselwirkung ist das Weglassen eines Produkts fast so schlimm wie das Weglassen einer Eingabe (denn natürlich gibt es eine passende Wechselwirkung, bei der keine Ausgabe fehlt, aber Sie haben das Eingabe-Antiteilchen verpasst, und wer weiß, was Sie reden). Es ist auch nicht in Ordnung, einfach zu sagen "aus einem unverschämt hochenergetischen Elektron entsteht ein Neutron" und das ausgegebene Anti-Proton wegzulassen! Aber mit dem richtigen Kontext, ja, die Aussage wäre wahr genug , um zu bestehen.
... Ich glaube aber auch nicht, dass dies der Grund war , aus dem der Fragesteller falsch ist. Ich bin mir nicht sicher, was sie mit dem Grund beabsichtigten, aber wie bei rob vermute ich, dass es daran liegt, dass sie nicht beabsichtigten, "kombiniert zusammen" eine schwache Teilchenwechselwirkung zu bedeuten, sondern "ein System bilden, das ein Proton enthält und ein Elektron". Oder vielleicht ist es falsch, weil der Grund, warum ein Neutron neutral ist, nicht "wegen" des Protons + Elektrons, sondern "wegen" der Up + Down + Down-Quarks ist. Es ist eine schlechte Frage, "weil" der Fragesteller dies nicht deutlich gemacht hat :-)
@SteveJessop "Ein Neutron wird durch die Kombination eines Elektrons und eines Protons gebildet" ist dann falsch, aber "Ein Neutron wird durch die Kombination eines Elektrons und eines Protons gebildet (erzeugt auch ein Neutrino, aber das ist hier irrelevant)" wäre wahr? :)
@JollyJoker: grundsätzlich ja, sofern es auch stimmt, dass das Neutrino hier irrelevant ist!
@SteveJessop Betreff: "Glaube nicht, dass der Fragesteller das als Begründung beabsichtigt hat" Ok, ich habe deinen Kommentar falsch interpretiert

Es ist nicht gerade ein Mythos, dass sich Protonen und Elektronen zu Neutronen verbinden, aber es ist nicht sehr genau. Ein Proton und ein Elektron können reagieren, um ein Neutron zu erzeugen, aber ein Neutron ist nicht einfach ein zusammengesetztes Teilchen, das aus einem Proton besteht, das mit einem Elektron verbunden ist.

Protonen und Neutronen sind Hadronen, bestehen also aus Quarks . Ein Proton hat 2 Up-Quarks und 1 Down-Quark, ein Neutron hat 1 Up-Quark und 2 Down-Quarks. Quarks werden durch Gluonen (und ein paar virtuelle Quarks, aber machen Sie sich vorerst keine Gedanken darüber) zusammengehalten . Hadronen, die aus 3 (oder einer höheren ungeraden Zahl) Quarks bestehen, werden auch als Baryonen bezeichnet.

Wenn ein Proton und ein Elektron reagieren, wird ein Up-Quark im Proton in ein Down-Quark umgewandelt und das Elektron wird in ein Neutrino umgewandelt . Dieser Vorgang wird vermittelt durch a W + Boson. Ich kann kein gutes Diagramm dieses genauen Prozesses finden, aber hier ist ein Diagramm aus Wikipedia eines eng verwandten Prozesses: der Zerfall eines Neutrons in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino.

Neutronenzerfall

Das Diagramm für die Proton + Elektron-Reaktion ist sehr ähnlich, kehren Sie einfach die Zeitrichtung um und vertauschen Sie die W − zu einem W + , und das Antineutrino zu einem Neutrino.

Sind diese beiden Diagramme unter CPT-Symmetrie nicht tatsächlich dasselbe Diagramm?
@Yakk In der Tat! Deshalb hielt ich es für angebracht, dieses Bild zu posten.
Warum besagt diese Quizfrage, dass sich Protonen und Elektronen nicht zu Neutronen verbinden?
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