Was ist der genaue Wert der Lebensdauer eines Neutrons?

Freie Neutronen sind instabil. Es zerfällt durch Beta-Zerfall in Proton, Elektron und ein Antineutrino. Können wir nicht eine quantenfeldtheoretische Berechnung durchführen, um die Zerfallsbreite genau vorherzusagen? Seine Umkehrung sollte uns dann die Neutronenlebensdauer sagen. Manchmal höre ich jedoch, dass die Lebensdauer 8 Minuten beträgt, manchmal höre ich, dass es 10 oder 12 Minuten sind. Was ist hier los?

Was ist die genau berechnete Zahl, falls berechenbar? Wenn die Lebenszeit wirklich eine so große Ungewissheit hat, was ist der Grund dafür?

Der Neutronenzerfall ist ebenso wie der radioaktive Zerfall probabilistisch . Wir können eine genaue Halbwertszeit angeben , aber die Lebensdauer einzelner Neutronen wird variieren.
So Γ − 1 ( N → P e − v ¯ e ) gibt die Halbwertszeit wo Γ ( N → P e − v ¯ e ) ist die Beta-Zerfallsbreite?
Wenn Sie die freigesetzte Gesamtenergie messen könnten, wäre das wahr, aber wir können die Energie des Antineutrinos nicht messen, oder zumindest nicht mit einer nützlichen Genauigkeit. Daher ist es experimentell unmöglich, die Linienbreite zu bestimmen.
Wo gehört? Wikipedia sagt 881.5 S e C . Meinst du theoretisch berechnen oder experimentell messen?
@Qmechanic Ich habe keine Quelle zum Zitieren. Ich habe verschiedene Leute gehört, die unterschiedliche Zeiten der Neutronenlebensdauer zitieren. Ich habe nie eine Berechnung des Neutronenzerfalls durchgeführt, obwohl ich die Zerfallsbreiten von Pionen und Myonen in der Quantenfeldtheorie berechnet habe. Haben Sie eine Ahnung, woher die Zahl 881,5 kommt? Kommt es davon, experimentelle Werte mit Formeln einem theoretischen Zerfall zu unterziehen?
Für theoretische Berechnungen auf Baumebene siehe Griffiths, Intro to Elementary Particles, Abschnitt 10.3.

Antworten (1)

Die 2018 Particle Data Group gibt einen Wert von an 880.2 ± 1.0 s für die Lebensdauer freier Neutronen als Durchschnitt der sieben besten Messungen.

Neutronenlebensdauerdiagramm von PDG

Wie zu sehen ist, haben die Messungen nicht überlappende Konfidenzintervalle. Wie in (Wietfeldt 2014) diskutiert , stimmen die unterschiedlichen experimentellen Methoden nicht über den Wert überein.

Wietfeldt gibt die Formel des Lebens als an

τ N = ( 2 π 4 ℏ 7 M e 5 C 4 F R ) 1 G v 2 + 3 G A 2 .
F R ist ein Phasenraumfaktor für den Endzustand und Strahlungskorrekturen, G v Und G A sind die Kopplungskonstanten des Nukleonenvektors und des axialen Vektors. G v = G F v u D Wo G F eine universelle schwache Kopplungskonstante und ist v u D ist das erste Element der CKM-Matrix. Gute Messungen von τ N würde helfen, die Werte dieser Konstanten besser zu bestimmen; aktuelle Schätzungen von v u D stammen aus Kern- oder Pionzerfällen.

Man kann theoretische Berechnungen mit schwachen Kraftdiagrammen machen , aber ich habe das Gefühl, dass der Zahlenwert immer noch von vielen empirisch gemessenen Konstanten abhängt.

Danke für die Antwort. Ich habe zwei Fragen. 1. Was machen sie in diesen Experimenten? Am einfachsten wäre es, mit einem Haufen ruhender freier Neutronen zu beginnen und zu warten, bis die Neutronenzahl auf die Hälfte des Anfangswertes abgefallen ist. Das ist es. Das gibt die Halbwertszeit. Aber ich weiß nicht, ob ein so einfacher Aufbau möglich ist, wo man mit einer großen Anzahl ruhender Neutronen beginnen kann. Ist es das, was sie in diesen Experimenten tun? 2. Die Formel, für die Sie geschrieben haben τ N ist eine theoretisch erhaltene Formel und keine empirische Formel zur Anpassung an die experimentellen Kurven. Habe ich recht?
@mithusengupta123 - (1) Wietfeldt beschreibt die verwendeten Methoden. Die gebräuchlichste besteht darin, einen kalten Neutronenstrahl durch eine Penning-Falle zu schicken und die Anzahl der angesammelten Protonen zu zählen. Bei der Flaschenmethode werden ultrakalte Neutronen in Flaschen aufbewahrt und dann gezählt. (2) Ja, die Formel ist aus der Theorie abgeleitet.
Vielen Dank für Klarstellungen. Nur noch eins mehr. τ N wird als Neutronenlebensdauer bezeichnet. Ist es die Halbwertszeit, wie John Rennie vorgeschlagen hat?
@mithusengupta123 nein, diese Zahl von 880,2 Sekunden ist die mittlere Lebensdauer . Um die Halbwertszeit zu erhalten, multiplizieren Sie dies mit ln ⁡ ( 2 ) dh 610,0 Sekunden.
Was ist der genaue Wert der Lebensdauer eines Neutrons?
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