Существуют ли связанные состояния электронов и антинейтрино

[Ruslan_Sharipov]

Известно, что свободный нейтрон неустойчив и распадается с периодом полураспада около 10 минут. Однако в составе атомных ядер он устойчив. Более того, именно наличие нейтронов делает атомные ядра устойчивыми. Насколько я знаю, чисто протонных ядер не существует. Возникает вопрос, могут ли существовать связанные состояния электронов, отличные от атомов? Можно предположить, что связующим элементом для таких структур будет электронное антинейтрино. Например, $e_{2}^{-}\bar\nu$. Конструкция электронного димера $e_{2}^{-}\bar\nu$ могла бы использоваться для термоядерного синтеза

$$p^{+}+p^{+}+e_{2}^{-}\bar\nu=D.\eqno{(1)}$$

В варианте холодного термоядерного синтеза эта реакция может выглядеть так:

$$H_2+e_{2}^{-}\bar\nu=D+2\,e^{-}.\eqno{(2)}$$

В журнале "Успехи физических наук" имеется статья Б.В. Вайнер, Ю.А. Щекинов, Происхождение дейтерия, УФН 146(1985), вып. 1, 143-171. В ней рассматриваются различные механизмы появления дейтерия в ранней вселенной. Но реакций вида (1) и (2) в ней нет.

[Mihr]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1642852 писал(а):

Возникает вопрос, могут ли существовать связанные состояния электронов, отличные от атомов? Можно предположить, что связующим элементом для таких структур будет электронное антинейтрино. Например, $e_{2}^{-}\bar\nu$.

Тут же возникает второй вопрос: а какой тип взаимодействия станет удерживать электрон и антинейтрино вместе? И вслед за ним - третий вопрос: если бы подобные "тандемы" существовали, неужели до сих пор они не были бы экспериментально обнаружены? Четвёртый вопрос: а если их нет, то для чего вообще придумывать подобные вопросы?

Вообще, связанное состояние электрона, отличное от атома, существует. Это позитроний. Только живёт эта система в привычных нам масштабах времени очень недолго.

[DimaM]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1642852 писал(а):

холодного термоядерного синтеза

Это оксюморон.

Хясиды, помнится, педалили "мини-атомы" Росси, как не в себя. Предлагается следующее теоретическое новообразование?

[Ruslan_Sharipov]

Mihr в сообщении #1642860 писал(а):

Какой тип взаимодействия станет удерживать электрон и антинейтрино вместе?

Электрон и антинейтрино относятся к лептонам. Они участвуют в слабом взаимодействии. Слабое взаимодействие, хоть и называется слабым, в субъядерных масштабах оно может быть сильнее электрического отталкивания электронов.

Mihr в сообщении #1642860 писал(а):

Если бы подобные "тандемы" существовали, неужели до сих пор они не были бы экспериментально обнаружены?

Вероятность такая есть. Не нашли, потому что не искали. Димер $e_{2}^{-}\bar\nu$ может сформироваться из двух электронов в атоме гелия в результате туннелирования через барьер электростатического отталкивания и рождения пары нейтрино-антинейтрино:

$$2\,e^{-}=e_{2}^{-}\bar\nu+\nu+\gamma.\eqno{(3)}$$

При склеивании электронов орбитальные энергетические уровни атома понизятся и выделяющейся при этом энергии вполне хватит для рождения пары нейтрино-антинейтрино в силу очень малой массы нейтрино (меньше 0,12 эВ согласно Википедии). Остатка хватит и на фотон в реакции (3). Туннелирование и реакции по механизму слабого взаимодействия являются редкими по вероятности. Весь вопрос в том, какая доля атомов гелия испытает трансформацию (3) и можно ли увидеть спектральные линии трансформированного гелия в солнечном свете или для межзвёздного гелия?

[Mihr]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1642867 писал(а):

Они участвуют в слабом взаимодействии.

Насколько мне известно, слабое взаимодействие ответственно за распад некоторых частиц. Удерживаться вместе частицы могут за счёт сильного, а также электромагнитного взаимодействия, но не за счёт слабого.

[Ruslan_Sharipov]

Mihr в сообщении #1642875 писал(а):

Насколько мне известно, слабое взаимодействие ответственно за распад некоторых частиц.

Слабое взаимодействие ответственно за распад мюона и распад тауона. Но мюон и тауон не являются составными частицами. Поэтому здесь мы не можем говорить о распаде чего-то на составные части. Все прочие реакции с участием слабого взаимодействия - это реакции нуклонов в атомных ядрах. Известны два вида таких реакций: бета распад и бета захват. Бета захват следует отнести к реакциям синтеза, скорее чем к реакциям распада, ибо происходит присоединение орбитального электрона к ядру.

В Википедии сказано, что слабое взаимодействие проявляется на расстояниях, приблизительно в 1000 раз меньше размеров протона, характерный радиус взаимодействия $r_0\approx 2\cdot 10^{-18}$ м. Для характерного радиуса сильного взаимодействия Википедия даёт величину $R_0\approx 10^{-15}$ м. То есть $R_0=500\, r_0$ и мы имеем два экспоненциальных фактора юкавовского типа: $a_0\cdot\exp(-r/r_0)$ и $A_0\cdot\exp(-r/R_0)$. На размерах нуклона $r\approx R_0$ эти два фактора сравнимы, ибо мы не можем пренебречь слабым взаимодействием в ядерных процессах. Отсюда получаем

$$a_0\approx A_0\cdot\exp(R_0/r_0-1)=A_0\cdot\exp(499).\eqno{(4)}$$

А это значит, что на характерном радиусе слабого взаимодействия оно в $\exp(499)$ раз сильнее сильного взаимодействия. Нуклоны не могут сблизиться на расстояние $r_0$ в силу своих размеров. А вот электроны, как бесструктурные частицы, могут.

Экспонента от числа 499 - это колоссальная величина. Поэтому электроны могут сформировать устойчивый димер и на более далёких чем $r_0$ расстояниях, если антинейтрино обеспечит их притяжение за счёт слабого взаимодействия. Устойчивые мюон-электронные, тауон-электронные и прочие лептон-лептонные димеры с участием антинейтрино (или нейтрино) также надо считать предположительно возможными.

[Mihr]

Ruslan_Sharipov в сообщении #1642963 писал(а):

Слабое взаимодействие ответственно за распад мюона и распад тауона.

Не только. За распад лямбда-гиперона или омега-минус-гиперона тоже отвечает слабое взаимодействие.

Ruslan_Sharipov в сообщении #1642963 писал(а):

Все прочие реакции с участием слабого взаимодействия - это реакции нуклонов в атомных ядрах.

Нет, не все.

Ruslan_Sharipov в сообщении #1642963 писал(а):

Бета захват

По-моему, так не говорят. Есть "электронный бета-распад", "позитронный бета-распад", есть "электронный захват".

Насчёт связывания электрона с антинейтрино за счёт слабого взаимодействия: мне это представляется фантазией. Но спорить не буду. Если когда-нибудь появится сообщение об открытии подобного "тандема", я охотно признаю Вашу правоту Давайте подождём

[Ruslan_Sharipov]

Mihr в сообщении #1642989 писал(а):

Если когда-нибудь появится сообщение об открытии подобного "тандема", я охотно признаю Вашу правоту. Давайте подождём.

Давайте подождём. Хотя можно поискать спектральные линии гелия с тандемным электроном в массивных скоплениях гелия во вселенной.

[Georgii]

Рассеяние антинейтрино на электроне описывается по средством слабого взаимодействия. Смотри "Кварки и лептоны" Хелзен, Мартин стр. 350. Гипотетически можно предположить, что электрон и антинейтрино могут образовать связанное состояние обмениваясь виртуальными Z или W бозонами. Противоречит ли это каким-то законам Стандартной модели не знаю ...

[Ruslan_Sharipov]

Экспериментальное исследование электрон-электронного слабого взаимодействия возможно на электрон-электронных коллайдерах. Их энергии должно быть достаточно для преодоления кулоновского барьера. Большая российская энциклопедия даёт формулу для вычисления величины кулоновского барьера $B=1.44\cdot Z_1\cdot Z_2/R$. Здесь $Z_1$ и $Z_2$​ – это зарядовые числа. В случае двух протонов или в случае двух электронов они равны единице: $Z_1=Z_2=1$​. $R $ – это дистанция сближения, измеренная в единицах Ферми: $1\,\text{Фм} = 10^{-15}\,\text{метра}$, что совпадает с размером протона. Ответ формула даёт в единицах МэВ (мегаэлектронвольт). Для двух протонов из этой формулы следует величина кулоновского барьера $B=1.44\,\text{МэВ}$. В случае двух электронов дистанция сближения будет в 1000 раз меньше для включения сил слабого взаимодействия. А барьер поэтому будет в 1000 раз больше и составит $B=1.44\,\text{ГэВ}$. Действующие коллайдеры на такие энергии существуют. Но все они либо адронные либо электрон-позитронные. Строящиеся и проектируемые коллайдеры тоже являются адронными либо электрон-позитронными. Среди исторических коллайдеров были электрон-электронные. Но в них энергия была недостаточной для преодоления кулоновского барьера.