Was passiert, wenn wir ständig ein Neutron beobachten?

Der Mechanismus, von dem wir glauben, dass Neutronen zerfallen, ist die schwache Kraft. Die Wechselwirkung zwischen den Quarks eines Neutrons bewirkt, dass eines von ihnen seinen Flavour auf "up" ändert. So zerfällt das Neutron in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Neutrino. Und es ist bekannt, dass das Boson der schwachen Kraft, das W-Boson, gegen das Energieerhaltungsgesetz wirkt (deshalb können wir es nicht sehen). Nehmen wir also an, dass wir das Neutron die ganze Zeit beobachten und ständig Photonen aussenden. Würde es zerfallen oder nicht?

Beachten Sie, dass sich jedes Neutron, das mit Photonen interagiert, auf die gleiche Weise verhält. Es ist nichts Besonderes, wenn Menschen es „beobachten“.
Das Problem hängt mit dem W-Boson zusammen und es wirkt gegen das Energieerhaltungsgesetz. Deshalb können wir es nicht beobachten.
Diese Frage scheint auf einem Wirrwarr von Pop-Sci-Verständnissen aufgebaut zu sein, die nicht ganz ins Schwarze treffen. Vermutlich bezieht sich die Frage im Titel auf den Quanten-Zeno-Effekt, und das Bit im Körper scheint anzunehmen, dass es einen Zusammenhang zwischen diesem und der Erklärung der "Borge-Energie" gibt, wie Vakuumfluktuationen funktionieren. Vielleicht. Vielleicht könntest du das klären.
Dies ist interessant, was den Grad der erforderlichen Kontrolle zeigt news.cornell.edu/stories/2015/10/… . Neutronen sind sehr schwer experimentell zu manipulieren.

Antworten (1)

Der Quanten-Zeno-Effekt macht keinen großen Unterschied für Neutronen, die mit Photonen interagieren, da die beteiligten Energien im Verhältnis zur Zerfallsenergie so gering sind. Tatsächlich zerfallen die Neutronen bei den meisten Experimenten zur Messung der Neutronenlebensdauer (eine aktuelle Zusammenfassung finden Sie in den Präsentationen von Dewey und Liu von dieser kürzlichen Neutronenphysik-Sommerschule ) in einem Raumvolumen, in dem das Magnetfeld einige Tesla beträgt, so dass die Elektronen und Protonen können zu einem Detektor geleitet werden. Ein Neutron in einem Magnetfeld ist kontinuierlichInteraktion mit den virtuellen Photonen, aus denen das Feld besteht. In einem solchen Feld beträgt die Energie, die ausgetauscht wird, wenn sich der Spin eines Neutrons umkehrt, einige hundert Nano-eV. Das ist absurderweise kleiner als die Energie, die beim Beta-Zerfall involviert ist, fast ein Mega-eV. Wenn es einen Effekt gibt, ist er viel kleiner als die anderen Unsicherheiten, die bei Messungen der Neutronenlebensdauer auftreten.

Es mag sein, dass Sie sich den Quanten-Zeno-Effekt als eine Art Erklärung für die Stabilität von Neutronen innerhalb eines Kerns vorstellen können. Innerhalb des Kerns nimmt das Neutron ständig an starken Wechselwirkungen teil, einschließlich des Austauschs geladener Pionen:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bei dieser Wechselwirkung "überprüft" das Pionfeld ständig, ob sich das Neutron in ein Proton verwandelt hat oder nicht, und die Neutronenlebensdauer ist innerhalb eines Kerns dramatisch anders als außerhalb. Das ist jedoch kein gutes Beispiel für den Quanten-Zeno-Effekt, denn es gibt Kerne, deren Lebensdauer entgegensteht β − Zerfall ist kürzer als die Lebensdauer freier Neutronen, ebenso wie Kerne, die sind β + -instabil, obwohl freie Protonen nicht zerfallen.

Ein sehr interessantes Beispiel für den Quanten-Zeno-Effekt im Neutronensystem ist das Verbot von Neutron-Antineutron-Oszillationen in Bereichen, in denen sich Kerne oder Magnetfelder befinden. Niemand hat jemals beobachtet, wie ein Neutron zu einem Antineutron oszilliert, aber die Grenze der Lebensdauer für diesen Prozess ist überraschend schwach, weil es schwierig ist, die Neutronen wirklich zu isolieren.

Was passiert, wenn wir ständig ein Neutron beobachten?
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