Wasserstoff und das Neutron

Alle von Ihnen gezeichneten Wechselwirkungen tragen tatsächlich zur Wechselwirkung zwischen Elektron und Proton bei. In diesem Sinne ist es eine schwache „Kraft“. Die Größe der neutralen Stromwechselwirkung zwischen dem Proton und dem Elektron wurde kürzlich gemessen, wobei vorläufige und endgültige Analysen 2013 und 2018 veröffentlicht wurden . (Ich bin Autor beider Artikel.)

Die neutrale Stromwechselwirkung,

hat die gleiche Struktur wie die durch das Photon vermittelte elektromagnetische Kraft, aber ein anderes Verhalten unter Paritätssymmetrie und mit einem Yukawa-Potential

eher als das$1/r$Coulombpotential des Elektromagnetismus. Die Masse der$Z$Boson lässt diese Wechselwirkung mit einer Entfernungsskala exponentiell verschwinden$r_Z = \hbar c / m_Zc^2 \approx 0.0022\,\rm fm$, drei Größenordnungen kleiner als die Größe des Protons. Für die Wasserstoffatom-gebundenen Zustände gibt es also eine kleine Korrektur der Energie von dem Teil der Wellenfunktion, wo das Elektron mit dem Proton überlappt. Diese Korrektur wäre "groß" in$s$-Wellenzustände im Vergleich zu$p$-Wellenzustände, da ihre Überlappung mit dem Kern unterschiedlich ist, aber nicht groß genug, um zur aktuellen Unsicherheit der Rydberg-Konstante beizutragen,$E_1 = -13.6\,\mathrm{eV} \times (1 \pm 290\,\mathrm{ppb})$. Diese wenigen hundert Teile pro Milliarde sind die Größe der schwachen Wechselwirkungsasymmetrie in den oben verlinkten Artikeln, wo die Wechselwirkungsenergie war$1\,\rm GeV$und die schwache Wechselwirkung mit kurzer Reichweite ist weniger unzugänglich.

Die Ladungsstromkraft zwischen einem Proton und einem Elektron würde ihren größten Beitrag vom Schleifendiagramm haben

und seine Permutationen. Diese Kraft hat eine kürzere effektive Reichweite, weil Sie jetzt genug Energie für zwei schwere virtuelle Bosonen leihen müssen . Das macht es auf lange Distanz noch schwächer als die schwache Wechselwirkung des einzelnen schweren Bosons. Ich kann mich nicht erinnern, wie viel schwächer, aber das war überhaupt keine Überlegung in unserem Experiment. (Wir hatten ungefähr fünf Jahre, in denen die Theoriegemeinschaft eine Meinungsverschiedenheit über das hatte$\gamma Z$Kastendiagramm.)

Soweit Beta-Zerfall aus dem virtuellen$\rm n\nu$Zustand im Ladestrom-Box-Diagramm ist egal, das würde von außen so aussehen

was gegen die Energieerhaltung verstößt, es sei denn, das Proton-Elektron-System gibt etwas Bindungsenergie ab. Eine lustige Berechnung wäre die Vorhersage des Verzweigungsverhältnisses für$\bar\nu\nu$Emission von einem der Lyman- oder Balmer-Übergänge.

Tatsächlich ist das eine wirklich interessante Berechnung. Angenommen, das Verzweigungsverhältnis für$\rm H^*\to H\bar\nu\nu$ist jeder winzige Bruchteil, den Sie mögen:$10^{-20}$oder$10^{-50}$oder Wasauchimmer. Dann sind die Photosphären von Sternen diffuse Emitter von Neutrinos mit wenigen eV, die effektiv eine kontinuierliche Quelle quasi-relativistischer dunkler Materie wären. Ich denke, der Beweis ist, dass die meisten Dunklen Materie "kalt" oder nicht relativistisch ist, aber es gibt eine gute Arbeit in einer Schätzung, wie schnell sich diese Lyman-Neutrinos um eine Galaxie ansammeln würden.