Wie kann ein Proton durch Positronenemission in ein Neutron umgewandelt werden und dabei an Masse gewinnen?

Die Masse eines Neutrons ist größer als die Masse eines Protons. Wie ist es also möglich, dass ein Proton bei der Positronenemission ein Neutron und ein Positron bildet?

Antworten (3)

Denn die Masse eines Kerns ist nicht nur die Summe seiner Teile. Die Positronenemission unterliegt wie alle anderen Kernreaktionen dem nuklearen Masse-Energie-Gleichgewicht. Das Massendefizit ist die Energie der Reaktion.

Mit anderen Worten, die Reaktion verringert immer noch die Gesamtmasse (Reaktanten gegenüber Produkten). Ihre Beobachtung (dass ein Neutron schwerer als ein Proton ist) sagt uns, dass für ein isoliertes Proton keine Positronenemission auftreten kann – und das ist wahr.

Bindungsenergie ist eine Möglichkeit, die Tatsache darzustellen, dass das Gewicht eines Kerns nicht nur die Summe seiner Teile ist. Eine andere Möglichkeit, Ihre Frage zu beantworten, besteht darin, zu sagen, dass die Änderung der Bindungsenergie mehr als ausreicht, um die Massenzunahme durch den Wechsel von einem Proton zu einem Neutron auszugleichen. Dieser Übergang (p zu n) bewirkt also eine Zunahme der Nukleonmasse, aber die Bindungsenergie bewirkt eine Abnahme der Masse (für den Zerfall). Die Tatsache, dass eine Positronenemission stattfindet, beweist die Tatsache, dass die Änderung der Bindungsenergie größer ist.

Zusätzlich zu Alans Notizen über das Verfolgen der Gesamtenergie im nuklearen Kontext ist es auch wichtig, das Neutrino im Auge zu behalten.

Sogar freie Protonen können in Neutronen umgewandelt werden (ein Prozess, der als "inverser Beta-Zerfall" bezeichnet wird), wenn ein Anti-Neutrino mit ausreichender Energie einfällt:

p + v ¯ e n + e + .
Dies ist der Detektionsmechanismus, der für Reaktor-Anti-Neutrino-Oszillationsmessungen verwendet wird (die verzögerte Koinzidenz zwischen der Positronenvernichtung und dem anschließenden Einfangen des freien Neutrons ist sehr sauber) und erfordert ein Anti-Neutrino von 1,8 MeV oder mehr, um fortzufahren.

Der reine Verfall ist

p n + e + + v e ,
und erfordert etwas mehr Energie, als Sie naiv von den Massen des Protons, Neutrons und Positrons erwarten würden (und kann natürlich nur in einem Kontext fortfahren, in dem Energie dafür vorhanden ist, wie in einigen schweren Kernen). .

Wenn Anti-Neutrinos mit Protonen kollidieren (Prozess bekannt als "Reverse BETA DECAY"), erzeugen sie Neutronen und Elektronen

Dies ist wahr und kann in einen Kontext gestellt werden, um es relevant zu machen, aber als bloße Tatsache beantwortet es die Frage einfach nicht. Außerdem ist das Hinzufügen dieser Informationen Monate nach einer anderen Antwort nicht sehr hilfreich, es sei denn, Sie fügen etwas hinzu.