Бета распад

[timik354]

Я не понимаю, как при бета-плюс распаде протон становится нейтроном, позитроном и нейтрино. Как известно масса протона $-1,672 621 898(21)\cdot 10^{-27}$ кг, а нейтрона $-1,674 927 471(21)\cdot 10^{-27}$ кг. И при бета-плюс распаде тогда должен нарушатся закон сохранения массы.

[arseniiv]

А никто не говорил, что у этого протона до того не было никакой энергии. Всё-таки он взаимодействует с другими нуклонами ядра.

timik354 в сообщении #1093732 писал(а):

протон становится нейтроном, позитроном и нейтрино

Антинейтрино всё-таки. Тфу, ерунду написал. Позитрон же антиэлектрон.

timik354 в сообщении #1093732 писал(а):

закон сохранения массы

Масса всей системы «ядро с нейтроном + вылетевшие лептоны» будет равна массе непревратившегося ядра с протоном.

[Vechnolos]

В Вики хорошо написано:

В $\beta^+$-распаде протон в ядре превращается в нейтрон, позитрон и нейтрино:

$p^+ \to n^0 + e^+ + \nu_e$.

В отличие от $\beta^-$-распада, $\beta^+$-распад не может происходить вне ядра, поскольку масса свободного протона меньше массы нейтрона (распад мог бы идти только в том случае, если бы масса протона превосходила суммарную массу нейтрона, позитрона и нейтрино). Протон может распадаться по каналу $\beta^+$-распада лишь внутри ядер, когда абсолютное значение энергии связи дочернего ядра больше энергии связи материнского ядра. Разность между двумя этими энергиями идёт на превращение протона в нейтрон, позитрон и нейтрино и на кинетическую энергию получившихся частиц.

-- 24.01.2016, 06:57 --

arseniiv в сообщении #1093733 писал(а):

Антинейтрино всё-таки.

Да не, вроде все правильно:

$p^+ \to n^0 + e^+ + \nu_e$

Закон сохранения лептонного заряда: слева у нас заряд $0$, справа — $0$ от нейтрона, $-1$ от позитрона, $+1$ от электронного нейтрино.

Это, конечно, если я правильно умею складывать.

[arseniiv]

Vechnolos в сообщении #1093735 писал(а):

Да не, вроде все правильно:

Да, я чего-то опять ерунду написал. Решил, что у позитрона лептонное число то же, что у электрона…

[Munin]

timik354 в сообщении #1093732 писал(а):

Как известно масса протона - 1,672 621 898(21)·10−27 кг, а нейтрона - 1,674 927 471(21)·10−27 кг. И при бета-плюс распаде тогда должен нарушатся закон сохранения массы.

Как вам уже сказали, эти числа отношения к делу не имеют, потому что они являются энергиями покоя свободных протона и нейтрона.

Никакого "закона сохранения массы" на самом деле не существует. Существует закон сохранения энергии. "Закон сохранения массы" - это исторически приближённая форма закона сохранения энергии, когда приближённо действует $E\approx E_0=mc^2,$ а всеми поправками к этой энергии можно пренебречь.

Итак, вопрос надо ставить по-другому: у свободного протона $E_{0p}=m_p c^2,$ а у свободного нейтрона $E_{0n}=m_n c^2>E_{0p}.$ Разумеется, между этими уровнями, в свободном состоянии, реакция в эту сторону и не идёт (и даже идёт в обратную: $n\to p+e^-+\bar{\nu},$ на что хватает $\Delta E$). Зато, как мы знаем, в ядре протоны и нейтроны имеют другие уровни энергии. Они образуют там "оболочки", наподобие электронных оболочек в атоме (или уровни энергии, если вам так удобней говорить). Два разных электрона на разных оболочках имеют разные энергии. И нет ничего удивительного в том, что и протон (начальный, существующий) и нейтрон (конечный, получающийся в итоге $\beta^+$-распада) тоже имеют другие энергии, не такие как свободные частицы.

Причём, есть отдельно протонные оболочки и нейтронные оболочки. Они имеют немного разные уровни, с учётом того, что это разные частицы: протоны заряжены, отталкиваются друг от друга, и поэтому их энергия выше: им невыгодно находиться во в целом положительно заряженном ядре. ("Невыгодно" в смысле, что всего лишь менее выгодно, чем нейтронам.) Кроме того, оболочки заполняются, по очереди снизу вверх (и протоны и нейтроны, как и электроны, являются фермионами, и подчиняются запрету Паули, и располагаются на оболочках максимум по двое). И в зависимости от состава ядра, от числа протонов $Z$ и от числа нейтронов $N,$ оболочки могут быть заполнены несимметрично: протонные могут быть заполнены "высоко", а нейтронные - "низко". Для этого даже вводят такие термины, как "протоно-избыточные ядра" и "нейтроно-избыточные ядра". Поэтому бывает, что самый верхний занятый протоном уровень расположен выше, чем самый нижний свободный нейтронный уровень. Тогда протону выгодно перейти с одного уровня на другой, с превращением в нейтрон. (Точнее, протону придётся "заплатить пошлину" в $m_e c^2+m_\nu c^2,$ то есть, разность уровней должна быть ещё и достаточно большой - больше 0,5 МэВ.) Это и будет процессом $\beta^+$-распада ядра - как видите, в этом процессе участвует всё ядро в целом, а не только один протон. Остальное ядро обеспечивает нужные уровни энергии. По сути, остальные нуклоны ядра создают поле ядерных (и электрических) сил, такое, что протону становится выгодно превратиться в нейтрон. Он как бы "скатывается с горки в ямку", но не в пространстве, а превращаясь в другую частицу.

Если заполненность оболочек другая, то ядро может быть стабильным - не подверженным $\beta^+$-распаду. И дальше, при обратном перекосе, может происходить $\beta^-$-распад. А если перекос будет ну очень слишком большой, то соответствующие ядра могут вообще распадаться с испусканием протонов или нейтронов - это происходит, если заполненность оболочки вообще "переваливает через край", через уровень энергии свободных частиц (условно 0).

[profrotter]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: в соответствующий раздел.

[timik354]

Спасибо всем, помогли разобраться