Обратимость времени в Км: чего я не понимаю?

[Oleger99]

Утверждение:Уравнения КМ симметричны отн-но замены t на -t (как и ЭД), с заменой знака магнитного поля. Нейтрон (udd) распадается на протон (udu) через бозон на электрон и электронное антинейтрино.
Вопрос: наблюдаемость обратной реакции - рождения нейтрона. Ведь протонов, электронов и нейтринов - как... много. Чего я не знаю и где вру?

[arseniiv]

Рождаются нейтроны. Например, при электронном захвате или при образовании нейтронных звёзд. $p^+ + e^- \to n^0 + \nu^0$.

[Munin]

Чтобы родить нейтрон в точности по обратной реакции, требуется
$p+e^-+\bar{\nu}\to n$
- то есть, столкновение трёх частиц в одной точке. Это событие крайне невероятное, и происходит крайне редко.

На практике, наблюдаются события двух видов:
1. Распад одной частицы.
2. Столкновение двух частиц. Это тоже происходит редко, но можно долго ждать, или интенсивно светить, и добиться результата.
Важный подслучай в случае 2 - это когда две частицы не летят одна на другую издалека, а "сидят" вместе рядышком продолжительное время. Это тоже увеличивает вероятность взаимодействия, за счёт большого времени. Но для этого, их надо поместить в одну физическую систему, где они были бы связаны. Например, протон и нейтрон в одном атомном ядре. Или протон и электрон в одном атоме - электрон в атомное ядро залетает редко, но это бывает. Ещё можно электрон заменить мюоном - мюон вообще почти весь в ядре оказывается, возникает мюонный катализ. Ещё вариант - проводить столкновения в веществе, в плотной плазме и т. п.

Но столкновений трёх частиц не бывает практически вообще. Слишком уж мелкие эти частицы и сечения их столкновений.

Чтобы произвести реакцию, аналогичную столкновению трёх частиц, иногда удаётся пойти на хитрости. Например:
- две частицы заранее связать в физическую систему. Тогда достаточно столкнуть с ней третью частицу.
- произвести столкновения каскадом: сначала столкнуть две частицы, потом добавить ещё третью. При этом необходимо, чтобы первые две частицы, столкнувшись, образовали хоть сколько-нибудь стабильное промежуточное состояние. Грубо говоря, не разлетелись сразу обратно.

Итак, что мы имеем? Мы имеем протон и электрон. Но они как раз часто бывают в составе связанной системы - в составе атома. Мы должны взять вещество (в котором много неподвижных атомов), и подставить его под пучок нейтрино. Но тут возникают следующие препятствия. Нейтрино - частица, крайне слабо взаимодействующая с веществом. Чтобы хоть как-то их заметить, необходимо вероятность взаимодействия сильно увеличить. Она растёт с энергией нейтрино - кажется, по пятой степени. Итак, возьмём высокоэнергетические нейтрино. Но при этом, начинают происходить другие реакции: не $p+e^-+\bar{\nu}\to n,$ а $p+\bar{\nu}\to n+e^-.$ Энергии нейтрино начинает хватать на лишнюю пару $m_ec^2.$ И эти реакции начинают происходить чаще, потому что здесь нужно уже не трёхчастичное, а всего лишь двухчастичное столкновение. Настолько чаще, что искомые реакции совершенно незаметны на ненужном фоне. (Повторяю, электрон в ядро залетает редко, так что сочетание $p+e^-$ всё равно даёт множитель низкой вероятности, хотя мы их в атоме и соединили - не крайне низкой, но всё равно неприятно низкой.)

Ну, а если просто стоит задача родить нейтрон - способов навалом. Есть реакция $p+e^-\to n+\nu,$ которую указал arseniiv. Есть реакция $p\to n+e^++\nu$ (в ядерной физике называется $\beta^+$-распад). Есть и вышеназванная $p+\bar{\nu}\to n+e^-.$ Все они не в точности "T-обратны" исходной реакции, а с "перекидыванием" туда-сюда отдельных веточек.

[alien308]

Тут вы попали на различие между микроскопической и макроскопической обратимомтью. Рассмотрим более понятный пример. Берём балон с сжатым газом, открываем вентиль. Газ вытекает из балона. Закрываем вентиль. Открываем вентиль. Газ почему то обратно не затекает А уравнения Ньютона для молекул газа обратимы по времени.

[Oleger99]

Ув. Munin написал все верно. Но электронов и протонов в ядрах - много, нейтрино от Солнца - бешенный поток. Разных энергий. Их взаимодействие с веществом - несущественно, так как есть t-симметрия: раз уж вылетело, так и влетит. Но нейтроны не рождаются просто так...Почему??? Ответ в виде редкости встречи трех частиц - убивается колоссальным числом протонов, электронов и нейтрино плюс симметрией относительно времени. А вот как ввести энтропию сюда - это вряд ли.

[Oleger99]

Ладно, мне бы ссылочку на книгу, где есть четкий ответ: почему распадается свободный нейтрон, и почему в составе ядра слабое взаимодействие исчезает в том смысле, что нейтрон остается. Или нельзя говорить о протонах и нейтронах в ядрах, а смысл они имеют только в свободном виде? Прошу прощения за эту безграмотность, но я больше по ФТТ...

-- 09.10.2013, 13:36 --

И опять же, вопрос остается: почему нейтрино так охотно рождаются при каждом бета-распаде и так очень неохотно взаимодействуют с веществом. Мне кажется, нарушая тем самым симметрию по обращению времени.

[arseniiv]

Oleger99 в сообщении #772923 писал(а):

Ответ в виде редкости встречи трех частиц - убивается колоссальным числом протонов, электронов и нейтрино плюс симметрией относительно времени.

Не убивается. Числами надо оперировать.

Oleger99 в сообщении #772946 писал(а):

Ладно, мне бы ссылочку на книгу, где есть четкий ответ: почему распадается свободный нейтрон, и почему в составе ядра слабое взаимодействие исчезает в том смысле, что нейтрон остается.

Если нейтрон распадается в ядре, его (ядра) энергия должна возрасти, чтобы удержать в нём новый протон, электрически отталкивающийся от тех, которые там уже были. А энергия изниоткуда не появляется — вот нейтроны в ядре и не превращаются. Ну, это по-простому и может оказаться не совсем корректным описанием. Нормально опишут физики.

[DimaM]

arseniiv в сообщении #772974 писал(а):

А энергия изниоткуда не появляется — вот нейтроны в ядре и не превращаются.

Иногда превращаются. Это, собственно, и называется бета-распад.

[arseniiv]

Мне надо было написать «в стабильном ядре».

[Munin]

Oleger99 в сообщении #772923 писал(а):

Ув. Munin написал все верно.

Спасибо, вот вашей похвалы и умудрённой оценки мне как раз и недоставало :-)

Oleger99 в сообщении #772923 писал(а):

Но электронов и протонов в ядрах - много, нейтрино от Солнца - бешенный поток.

Не такой уж и бешеный.

Oleger99 в сообщении #772923 писал(а):

Разных энергий.

Нет, очень небольших. (Солнечных, я подчёркиваю.)

Oleger99 в сообщении #772923 писал(а):

Их взаимодействие с веществом - несущественно, так как есть t-симметрия: раз уж вылетело, так и влетит.

Вы всё ещё путаете T-симметрию в рамках одного взаимодействия, и кинетику всего макроскопического процесса, с потоками, веществом и т. п. Как вам уже указал alien308, это существенно разные вещи, и там как раз симметрия теряется. Кстати, T всегда пишется заглавной буквой - это не обозначение времени, а обозначение оператора симметрии.

Oleger99 в сообщении #772946 писал(а):

Ладно, мне бы ссылочку на книгу, где есть четкий ответ: почему распадается свободный нейтрон, и почему в составе ядра слабое взаимодействие исчезает в том смысле, что нейтрон остается.

Ну, если вы смелый, для начала возьмите вот эту парочку:
Хелзен, Мартин. Кварки и лептоны.
Мухин. Экспериментальная ядерная физика.
Базовый background по квантовой механике тоже будет невреден. И по статфизике. А, я смотрю, вы ФТТ знаете... тогда окей.

Oleger99 в сообщении #772923 писал(а):

Ответ в виде редкости встречи трех частиц - убивается колоссальным числом протонов, электронов и нейтрино плюс симметрией относительно времени.

Нет, не убивается. Просто надо считать, а не фантазировать. Взять числа - сечения одного, другого, третьего, и плотности. И вы увидите, что "колоссальное число" - на самом деле, не такое уж колоссальное. Мир, в основном, состоит из вакуума, а частицы в нём встречаются друг с другом редко-редко.

Oleger99 в сообщении #772923 писал(а):

А вот как ввести энтропию сюда - это вряд ли.

Энтропию - через число состояний. Возьмём одну частицу, пусть она может находиться в одном состоянии из $N.$ Тогда две частицы могут находиться в одном состоянии из $N^2,$ а реакции отвечает случай, когда они встречаются - находятся в одном из $N$ состояний. Возникает множитель $\tfrac{1}{N}.$ Три частицы имеют пространство состояний размера $N^3,$ так что множитель оказывается $\tfrac{1}{N^2}.$ И поскольку $N$ очень велико, то и второй множитель меньше первого во много-много раз.

Логарифмы от всех этих чисел - это энтропия и есть.

Oleger99 в сообщении #772946 писал(а):

Прошу прощения за эту безграмотность, но я больше по ФТТ...

В ФТТ всё то же самое, но с квазичастицами. Например, фононы, электроны... ну кто там ещё бывает, дырки, фотоны? Дефекты. Так вот, трёхчастичные события - это примерно как встреча в одном месте электрона, дырки и фонона. Разве они в гамильтониане учитываются? Нет, потому что слишком невероятны.

DimaM в сообщении #772978 писал(а):

Иногда превращаются. Это, собственно, и называется бета-распад.

Ещё уточню: в одних ядрах превращается, в других нет. Это отвечает бета-распадающимся и бета-нераспадающимся ядрам. Зависит от того, какова энергия нового ядра, в которое мог бы произойти бета-распад: если разность энергий выгодна для распада, он происходит, а если она отрицательна - то не происходит.

[green5]

(Бессмысленное сообщение, реклама удалена)

Физики почитайте форумам
[реклама удалена]
c!=1
Относится ко всем форум, счетным или нет.
Спор с дьяволом почему он считает так 0,1,2,3,4,5,6,7,8...
И почему жизнь или не жизнь тоже самое
Если хочет пусть объяснит в чем ошибка Ферма или почем он был неправ или все люди

[Toucan]

green5, предупреждение за бессмысленное сообщение. Реклама удалена.