Zerfall von Elementarteilchen?

In der Teilchenphysik haben wir eine Liste von "Quantenzahlen", die ein Teilchen beschreiben. Unterschiedliche Arten von Wechselwirkungen können unterschiedliche Quantenzahlen erhalten oder nicht erhalten.

Sie geben das Beispiel von Zerfällen, die den Quarkgeschmack verändern. Baryonen und Mesonen (die wir so modellieren, dass sie aus Quarks bestehen, obwohl einzelne Quarks eingeschlossen sind ) werden „Geschmacksquantenzahlen“ zugeordnet: die$D$Mesonen haben eine Charmequantenzahl$C=\pm1$, der$K$Mesonen haben Fremdheit$S=\pm1$aber Charme$C=0$, und so weiter . Die starken und elektromagnetischen Wechselwirkungen ändern die Flavour-Quantenzahlen in einem System nicht, die schwache Wechselwirkung jedoch. Die Stöchiometrie-Fähigkeiten, die Sie in der Chemie gelernt haben, funktionieren also für starke Wechselwirkungsstreuung, wie die Produktion von Hyperkernen , bei der die Fremdheit erhalten bleibt , aber nicht für schwache Zerfälle, die diese Quantenzahlen ändern.

(Tatsächlich könnte man sagen, dass es für uns nur sinnvoll ist, über Flavour-Quantenzahlen zu sprechen, weil die Wechselwirkung, die sie verändert, schwach ist.)

Einige dieser Quantenzahlen bleiben bei allen bekannten Wechselwirkungen erhalten. Dazu gehören

• elektrische Ladung: die Anzahl der positiven Ladungen minus der Anzahl der negativen Ladungen
• Baryonenzahl: die Anzahl der Protonen, Neutronen und Hyperonen minus der Anzahl der Antiprotonen, Antineutronen und Antihyperonen. Im Quarkmodell hat jedes Quark die Baryonenzahl 1/3 (und Antiquark$-$1/3), sodass Sie die Baryonenstöchiometrie verwenden können, um Reaktionen zu analysieren, bei denen Mesonen produziert werden.
• Leptonenzahl: die Anzahl der Elektronen, Myonen, Taus und Neutrinos abzüglich der Anzahl ihrer Antiteilchen.

Wenn Sie chemische Stöchiometrie durchführen, wie bei Ihrer Calciumcarbonat-Zersetzungsreaktion, erhalten Sie die elektrische Ladung, die Anzahl der Elektronen und die Anzahl der Protonen und Neutronen. Ihre Erhaltung der Baryonenzahl ist eingeschränkt, da es bei den Energien, die Chemiker interessieren, keine Wechselwirkung gibt, die es Protonen ermöglicht, sich in Neutronen oder umgekehrt umzuwandeln, sodass Sie Protonen- und Neutronenzahlen separat erhalten müssen. Darüber hinaus gibt es bei den Energien, die Chemiker interessieren, keine Wechselwirkung, die es einem Nukleon ermöglicht, von einem Kern zum anderen zu springen, sodass Sie die Anzahl der Calciums, die Anzahl der Kohlenstoffe usw. separat erhalten müssen.

Es ist verlockend und nützlich, diese Erhaltungssätze zu nehmen und daraus den Schluss zu ziehen, dass ein Kalziumkern aus zwanzig Protonen und etwa zwanzig Neutronen „besteht“. Aber dieser Ansatz bricht zusammen, wenn Sie anfangen, die geschmacksverändernden schwachen Wechselwirkungen zu berücksichtigen. Das Myon zerfällt durch die schwache Wechselwirkung in ein Neutrino, ein Antineutrino und ein Elektron; aber es gibt Beweise gegen jedes Modell, bei dem das Myon diese Zerfallsprodukte in der Weise „enthält“, dass wir sagen können, dass ein Kern Nukleonen „enthält“.

Nein, diese Logik trifft nicht zu. Radioaktive Zerfälle$-$besonders diejenigen, die durch die schwache Kraft vermittelt werden$-$brauchen die Anzahl der verschiedenen Arten von Partikeln nicht zu erhalten.

Dies bedeutet, dass es mehrere wichtige Größen gibt, wie z

• die Anzahl der Elektronen (abzüglich der Anzahl der Positronen),
• die Anzahl der Myonen,
• die Anzahl der Strange-Quarks,
• die Anzahl der Charm-Quarks,

und so weiter (wobei die Anzahl der Antimyonen von der Anzahl der Myonen abgezogen wird usw.), die im Allgemeinen durch die Zeitentwicklung konserviert werden, insbesondere unter der durch Elektromagnetismus und die starke Kernkraft auferlegten, aber die unter der schwachen Kernkraft nicht konserviert werden. Wenn Sie also einen schwachen Zerfall haben, tauschen Sie wirklich ein seltsames Quark gegen ein charm-Quark aus; Soweit einer dieser beiden Begriffe sinnvoll ist (dh über die bloße Aussage "ein Quark") hinausgeht, kann nicht gesagt werden, dass sie eine gemeinsame Zusammensetzung haben.

Das heißt, ich sollte darauf hinweisen, dass es tatsächlich einige Situationen gibt, in denen einige Teilchen wirklich keinen Typ haben können (oder sollten) (wobei Neutrino-Oszillationen ein prominentes Beispiel sind), aber sie gelten nicht für die$c\to s$Zerfall, den Sie erwähnt haben, wo die Start- und Endzustände wohldefinierte (unterschiedliche) Typen haben.

Die beiden Antworten sind ziemlich richtig und beschreiben Teilchenzerfälle. Ich möchte ansprechen

kann verwendet werden, um zu zeigen, dass Calciumcarbid aus den gleichen Stoffen besteht, aus denen Calciumoxid und Kohlendioxid bestehen.

In der Chemie kann man das klassische Konzept verwenden , dass Massen, wie sie durch Skalen gemessen werden, für jede Substanz im Periodensystem der Elemente unveränderlich sind und dass Masse eine additive Größe ist.

Das Periodensystem der Elemente führt jedoch, wenn es durch Hinzufügen der konstituierenden Protonen und Neutronen jedes Elements betrachtet wird, zur speziellen Relativitätstheorie , SR, dem letzten Eintrag in der Tabelle.

In SR sind Massen unter Lorenztransformationen nicht invariant. Die unveränderliche Größe, die jedes Teilchen begleitet, wird unveränderliche Masse genannt und ist die "Länge" eines Vierervektors , der durch die Energie gegeben ist$E$und Schwung$p$des Teilchens. Wie bei gewöhnlichen Vektoren sind Längen bei der Vektoraddition nicht additiv, also sind Massen nicht additiv, wenn sie in den Bereich der speziellen Relativitätstheorie fallen, wo das Studium der Kerne hingehört.

Man kann also die Massen von Atomen im Periodensystem hinzufügen und sie als klassisch im Verhalten betrachten, weil irgendwelche speziellen Relativitätseffekte aufgrund der elektromagnetischen Bindungen von van der Waals und ähnlichen Kräften sehr klein sind, um in chemischen Reaktionen messbar zu sein. ( weniger als$eV$chemisch gegenüber$MeV$Kernkraft in Energiebereichen)

Bei Elementarteilchenzerfällen und -wechselwirkungen spielen die Energie- und Impulsviervektoren zusammen mit der Erhaltung einer Reihe von Quantenzahlen eine entscheidende Rolle, wie in den anderen Antworten beschrieben.

Die Summe der unveränderlichen Massen der Teilchen, die aus dem Zerfall stammen, kann die Masse der zerfallenden Teilchen aufgrund der Energieerhaltung im Massenzentrum nicht überschreiten, sodass das Hinzufügen unveränderlicher Massen eine Obergrenze dafür ist, in was ein Teilchen zerfallen kann.