Каналы распада гелия-6

[gerkm]

Согласно википедии, альфа распад гелия-6 возможен, но вероятность его ничтожна. Хотелось бы понять почему это так. Я посчитал энергию связи и массы продуктов распада и получилось, что в энергетическом плане такой распад вполне возможен. Вроде никакие законы сохранения не нарушаются. Так в чем же причина столь малой вероятности? (В одном из задачников вообще утверждается, что такой альфа распад невозможен).

[Pphantom]

А что, собственно, является продуктом $\alpha$-распада ${}^6\text{He}$? Два нейтрона?

[gerkm]

Pphantom в сообщении #1005219 писал(а):

А что, собственно, является продуктом $\alpha$-распада ${}^6\text{He}$? Два нейтрона?

Гелий-4 и дейтерий. Гелий-6 нестабилен, он также может распасться на литий (по бета каналу). Но почему бета распад так преобладает над альфа распадом?

[Munin]

Кроме законов сохранения, на распады влияют также:
- кинематика (дающая фазовые объёмы, и как следствие - кинематические множители вероятности);
- природа взаимодействия при распаде - здесь возникают такие эффекты, как почти запрещённые и сильно подавленные переходы.

Со стороны кинематики, два нейтрона могут быть неудобны тем, что они лёгкие. Но это надо считать.

Со стороны природы взаимодействия.
$\alpha$-распад идёт по ядерному (сильному) взаимодействию. Так? Да не совсем. $\alpha$-частица "выталкивается" из ядра кулоновскими силами отталкивания: $\alpha$-частица положительно заряжена, и ядро-остаток - положительно. Если бы этого не было бы, $\alpha$-частица прочно "сидела" бы в ядре (да и вообще все энергии связи были бы иные, но это другая песня).

А здесь - от чего $\alpha$-частице отталкиваться? От электронейтральных нейтронов? (В принципе, в нейтроне есть дипольный электрический момент... но очень крошечный. По сравнению с ядерными силами он даёт лишь ничтожную поправку.)

Рекомендуемая литература:
Мухин. Экспериментальная ядерная физика. (свойства ядер)
Копылов. Всего лишь кинематика. (Библиотечка Квант, школьного уровня)
Хелзен, Мартин. Кварки и лептоны. (показано, как выглядят полные расчёты каналов распада)
ну и чего-нибудь по квантовой механике
углублённо по конкретно ядерным силам:
Эриксон, Вайзе. Пионы и ядра.

-- 18.04.2015 14:54:47 --

gerkm в сообщении #1005230 писал(а):

Гелий-4 и дейтерий. Гелий-6 нестабилен, он также может распасться на литий (по бета каналу). Но почему бета распад так преобладает над альфа распадом?

О, это совсем другое дело. Это слабое взаимодействие. (И называть это $\alpha$-распадом уже некорректно, хотя формально и получается $\alpha$-частица. Это $\beta^+$-распад или $e$-захват.)

У слабого взаимодействия сложные взаимоотношения со спином. Оно может быть подавлено, если конечное состояние находится в "неправильном" спиновом положении - см. вышеупомянутого Хелзена-Мартина. А в дейтерии как раз тоже со спином всё непросто.

Конкретнее надо смотреть.

-- 18.04.2015 15:01:13 --

Да, и я ж забыл ещё очень важный момент, иногда самый важный:
- энергетика реакции.
Даже когда распад выгоден по энергии, величина выигрыша по энергии может сильно влиять на скорость распада. "На пальцах", чем больше выигрыш энергии, тем быстрее идёт распад: "чем выше водопад, тем быстрее падает вода". Реально в разных случаях встречаются разные степенные зависимости от энергии.

И ещё, от того, что вы назвали $\beta^+$-распад $\alpha$-распадом, меня гложут сомнения, что вы правильно посчитали энергетику...

[Pphantom]

gerkm в сообщении #1005230 писал(а):

Гелий-4 и дейтерий.

Почему тогда это называется $\alpha$-распадом?

[gerkm]

Pphantom
Munin

Благодарю вас за пояснения и за литературу. Да, я ошибся. Бета распад происходит по слабому взаимодействию, и просто так получилось, что продукт распада здесь это альфа частица (спутал с альфа распадом). Резюмируя: альфа распад невозможен, из-за отсутствия заряда, от которого можно оттолкнуться.
Кстати, странно, что в википедии канал распада с альфа частицой это бета-минус а не бета-плюс (т.е. якобы существуют всего два канала - 1) бета-минус с литием 2) бета-минус с альфа частицей и дейтерием). Там электрон в качестве продукта получается, а не позитрон. Вы уверены, что это бета-плюс? Или там ошибка?
В любом случае, если я правильно понял, бета-распад с альфа частицой маловероятен, возможно, из-за спина.

[Munin]

Тьфу. Конечно же, $\beta^-.$ Чё-то меня перекосило. Нейтрон превращается в протон, так что должен вылететь отрицательный электрон.

[gerkm]

Munin в сообщении #1005266 писал(а):

Тьфу. Конечно же, $\beta^-.$ Чё-то меня перекосило. Нейтрон превращается в протон, так что должен вылететь отрицательный электрон.

Меня смущает то, как они там обозначают этот канал распада - "бета-минус, альфа". Следует ли это понимать, как "процесс, продукт распада" или же запятой разделяют два разных канала распада? Хотя, кажется, я понимаю, что они имеют в виду - возможно тут речь идет о двух последовательных процессах - бета-минус распад -> получаем литий -> альфа распад -> получаем гелий-4. Как вы думаете? Если это так, то почему в таком случае вероятность ничтожна?

[Munin]

В википедии правильно написано, что это $\beta^-.$ Что там делает буква $\alpha$ - понятия не имею.

Почему отличаются вероятности каналов - надо смотреть детально, что это за каналы.
1. Энергетика. Каковы выигрыши энергии в одном и в другом случае? Вообще слабый процесс зависит от энергии в 5-й степени (Хелзен-Мартин § 12.3).
2. Кинематика. Один распад двухчастичный, другой - трёхчастичный. У трёхчастичного в общем должен быть больше фазовый объём, но с учётом энергии - может быть и меньше.
3. Спины на подозрении, это смотреть надо.

-- 18.04.2015 15:58:36 --

gerkm в сообщении #1005270 писал(а):

Хотя, кажется, я понимаю, что они имеют в виду - возможно тут речь идет о двух последовательных процессах - бета-минус распад -> получаем литий -> альфа распад -> получаем гелий-4.

Нет, точно не об этом. К сожалению, ссылка [14] закрыта.

[gerkm]

Munin в сообщении #1005272 писал(а):

В википедии правильно написано, что это $\beta^-.$ Что там делает буква $\alpha$ - понятия не имею.

Почему отличаются вероятности каналов - надо смотреть детально, что это за каналы.
1. Энергетика. Каковы выигрыши энергии в одном и в другом случае? Вообще слабый процесс зависит от энергии в 5-й степени (Хелзен-Мартин § 12.3).
2. Кинематика. Один распад двухчастичный, другой - трёхчастичный. У трёхчастичного в общем должен быть больше фазовый объём, но с учётом энергии - может быть и меньше.
3. Спины на подозрении, это смотреть надо.

-- 18.04.2015 15:58:36 --

gerkm в сообщении #1005270 писал(а):

Хотя, кажется, я понимаю, что они имеют в виду - возможно тут речь идет о двух последовательных процессах - бета-минус распад -> получаем литий -> альфа распад -> получаем гелий-4.

Нет, точно не об этом. К сожалению, ссылка [14] закрыта.

Спасибо, буду изучать.
Странно. Знакомый физик предположил, что запятые обозначают последовательность процессов (например, канал с названием "бета-минус, распад" обозначает цепочку "бета минус -> продукт -> распад продукта"). Правда, тогда непонятно, что означает, например "β−, 2n" (часто встречается в различных таблицах с модами распадов. См. напр. страницу изотопов лития).

Кстати, литий-6 вроде как стабилен и не должен распасться (в частности, альфа распадом), так что вы скорее всего правы - нет здесь никаких цепочек.

[Labuda]

Munin в сообщении #1005266 писал(а):

Тьфу. Конечно же, $\beta^-.$ Чё-то меня перекосило. Нейтрон превращается в протон, так что должен вылететь отрицательный электрон.

Что это за $\beta^-$ такой странный при котором получаются два ядра?

[Munin]

Labuda в сообщении #1005287 писал(а):

Что это за $\beta^-$ такой странный при котором получаются два ядра?

$\beta^-$ - это процесс на уровне нуклонов: $n\to p+e^-+\bar{\nu}.$ Что при этом произойдёт с самим ядром - нуклоны волнует мало.

Хотя... может быть, в этом тоже причина соотношения каналов распада. Продукты имеют некоторый шанс остаться вместе ядром лития-6, а некоторый - разлететься в стороны. И вот соотношение этих шансов уже зависит от ядерных сил.

gerkm в сообщении #1005277 писал(а):

Странно. Знакомый физик предположил, что запятые обозначают последовательность процессов (например, канал с названием "бета-минус, распад" обозначает цепочку "бета минус -> продукт -> распад продукта"). Правда, тогда непонятно, что означает, например "β−, 2n" (часто встречается в различных таблицах с модами распадов. См. напр. страницу изотопов лития).

Странное предположение. Я так увидел по другим клеточкам, что там написан сначала общий тип канала, а потом уточнение к нему (если есть несколько каналов с совпадающим общим типом).

[Labuda]

Munin в сообщении #1005306 писал(а):

Хотя... может быть, в этом тоже причина соотношения каналов распада. Продукты имеют некоторый шанс остаться вместе ядром лития-6, а некоторый - разлететься в стороны. И вот соотношение этих шансов уже зависит от ядерных сил.

Никогда таких процессов не встречал. В $\beta$ распаде всегда получается одно ядро. В вашем случае, получается, $\alpha$-частица может "оттолкнуться" за счет сохранения импульса (это "заменяет" заряд)? Я правильно понял? И почему вы так уверенно исключили двухэтапный процесс предложенный ТС? Почему бы литию не распасться $\alpha$ распадом (есть эл. заряд в ядре для отталкивания)?

[Munin]

Labuda в сообщении #1005312 писал(а):

Никогда таких процессов не встречал. В $\beta$ распаде всегда получается одно ядро.

Ну смотрите. В процессе $n\to p+e^-+\bar{\nu}$ получается протон с импульсом. Так? Дальше мы имеем задачу: частице (в задаче двух тел) передан мгновенный импульс, надо найти эволюцию системы. Система оказывается в суперпозиции состояний в разных энергетических уровнях. Которые из них связанные - начинают просто эволюционировать, которые свободные - разлетаются в стороны. Это всё можно на чисто квантовомеханическом уровне посмотреть. Отсюда два канала.

В данном случае немножко не так, потому что протону выгодно вылететь не одному, а прихватить с собой нейтрон. Произойдёт некоторая перегруппировка частиц в осколках. Но принципиально идея та же: есть уровни конечных состояний, и после пинка протону - система оказывается в суперпозиции таких уровней.

Ф-ф-фу. Теперь понятно и соотношение вероятностей каналов. Давно ведь мудро сказано: "объяснишь другому - и сам поймёшь!"

-- 18.04.2015 18:32:22 --

Labuda в сообщении #1005312 писал(а):

И почему вы так уверенно исключили двухэтапный процесс предложенный ТС? Почему бы литию не распасться $\alpha$ распадом (есть эл. заряд в ядре для отталкивания)?

Потому что я поверил, что литий стабилен. Ну, в общем, может быть, он оказывается в возбуждённом состоянии, и потом из-за этого распадается. Но тогда принципиально схема всё равно будет такая же, как в абзаце выше. Просто "верхний" уровень в суперпозиции будет не свободный, а связанный метастабильный.