Diese Frage hängt eng mit meiner vorherigen Frage Gebundene Zustände in QED zusammen .
Myonium ist ein System aus Elektron und Antimyon. Dieser Artikel in Wikipedia behauptet, dass Myonium instabil ist.
FRAGE: Warum ist es instabil? Liegt es an schwachen Wechselwirkungen oder kann es nur im Rahmen der QED erklärt werden (wobei sowohl Elektronen als auch Myonen und ihre Antiteilchen beteiligt sind).
Zum Vergleich das Positronium, bestehend aus Elektron und Positron, in einem instabilen Teilchen (siehe zB diesen Artikel in Wikipedia). Es kann auf zwei Photonen vernichten. Dieser Effekt kann durch die übliche QED erklärt werden. Diese Erklärung scheint für das Myonium nicht zu funktionieren.
Beginnen wir mit dem nuklearen Beta-Zerfall als ähnliches Beispiel. 12C mit 6 Protonen und 6 Neutronen ist stabil. Wie Marek betonte, reicht es nicht aus, nur zu sagen, dass Neutronen instabil sind. Wenn alle Neutronen in Bezug auf den Beta-Zerfall instabil wären, könnte 12C in 12N zerfallen. Der Grund, warum dies nicht passieren kann, ist, dass die Masse eines 12N-Kerns höher ist als die Masse eines 12C. Das heißt, wenn der Zerfall fortschreiten würde, wäre die gesamte Massenenergie der Produkte (12N, Elektron und Antineutrino) größer als die anfängliche Massenenergie des 12C.
Im Myonium-Beispiel will das Myon in ein Positron plus einige Neutrinos zerfallen. Der Unterschied zwischen der Masse eines Myons und der Masse eines Positrons beträgt 105,147 MeV. (Die Massen der Neutrinos sind vernachlässigbar.) Dieser Zerfall wäre verboten, wenn die Bindungsenergie des Myoniums -105,147 MeV oder höher wäre. Aber es ist nicht. Die Bindungsenergie von Myonium ist im Grunde die gleiche wie die Bindungsenergie von Wasserstoff, etwa 14 eV.
Hier ist eine grobe Abschätzung, warum das Myonium-Atom gegenüber dem Myon-Beta-Zerfall instabil ist (im Gegensatz zu einem Neutron in einem Deutron). Die Bindungsenergie des Elektrons in einem Myoniumatom ist unter Vernachlässigung des reduzierten Masseneffekts ungefähr gleich seiner Bindungsenergie in einem Wasserstoffatom nach dem Bohrschen Modell, dh 13,6 eV. Das Myon führt einen Beta-Zerfall zu einem Positron und einem Neutrino durch. Der Ruhemassenunterschied zwischen dem Myon und dem Positron beträgt etwa 105,6 - 0,5 = 105,1 Mev. Daher ist die Bindungsenergie so klein im Vergleich zur Massendifferenz, dass der Myonen-Zerfallsmodus viel günstiger ist. Im Gegensatz dazu beträgt die Masse des Deutrons 1875,6 MeV, während die Ruhemasse der Ausgänge eines Neutronen-Beta-Zerfalls + eines Protons 2 (938,27 MeV) + 0,511 MeV = 1877,05 beträgt. Damit begünstigt das Deutron den stabilen Zustand.
Wie Marek sagte, ist es so instabil wie jedes andere radioaktive Atom. Es ist ein schwacher Zerfall von Myon oder Antimyon, der das Myonium zerstört.
MKO
BebopButUnsteady