Распад нейтрона

[Joker_vD]

На что такое может электрон распасться? Разве имеются заряженные частицы, которые легче электрона?

[denis_73]

schoolboy в сообщении #665932 писал(а):

Заметьте, что я не писал, что причина распада нейтрона в том, что он состоит из других частиц. Я лишь писал, что превращение нейтрона в протон обусловлено превращением одного из его u-кварков в d-кварк.

Мюон распадается на мюонное нейтрино и отрицательный W-бозон также вследствие слабого взаимодействия. Дальше продолжать цепочку «почему» пока не представляется возможным. Это подобно тому, что я не знаю, почему электрон имеет отрицательный электрический заряд, то есть почему он распадается на электрон и фотон. Неизвестно почему вероятность электромагнитных процессов определяется константой $1/137$, в точности так же неизвестно почему масса мюона больше массы электрона более чем в 200 раз. Хотя это можно объяснить более сильным его взаимодействием с полем Хиггса, но вот почему оно более сильно… Хотя связи здесь найдены, электромагнитное и слабое взаимодействия объединены, так что фотон, W, Z – бозоны это родственники и взяв несколько настроечных параметров, например массу W бозона, массу мюона можно получить отношение вероятности электромагнитного и слабого взаимодействий.

Что Вы подразумеваете под квантовыми флуктуациями?

Это не важно. Какие причины заставляют распадаться мюон?
Или этих причин, ни внутренних, ни внешних, вообще нет?
"вследствие слабого взаимодействия" - это можно было бы понимать так, что свободный мюон с чем-то "слабо" взаимодействует (поглощает, например, $W^+$-бозон) и поэтому распадается. Но мюон свободный. Внутренних причин, представляется, что тоже нет, т. к. он, насколько известно, не состоит из других частиц.
Вопрос в данный момент не в том, на что он распадается и как вычисляется время его жизни.

Под квантовыми флуктуациями подразумевал рождение и исчезновение виртуальных частиц в вакууме. Что является причиной квантовых флуктуаций вакууума, рождения и исчезновения виртуальных частиц?

[Ilia_]

denis_73 в сообщении #665993 писал(а):

Что является причиной квантовых флуктуаций вакууума, рождения и исчезновения виртуальных частиц?

Принцип неопределённости в качестве причины вас не устраивает?

[denis_73]

Ilia_ в сообщении #665997 писал(а):

denis_73 в сообщении #665993 писал(а):

Что является причиной квантовых флуктуаций вакууума, рождения и исчезновения виртуальных частиц?

Принцип неопределённости в качестве причины вас не устраивает?

Нет. Насколько понимаю, принцип неопределённости запрещает возможность измерить точно одновременно две особым образом связанные величины (при этом одну величину не запрещает измерить с какой угодно точностью), т. к. измерительный прибор влияет на измеряемую систему.
А здесь вопрос не про измерение одновременно двух величин, а про причины рождения виртуальных частиц в вакууме.

[Munin]

Joker_vD в сообщении #665987 писал(а):

На что такое может электрон распасться?

Электрон может распасться, например, на мюон.

Joker_vD в сообщении #665987 писал(а):

Разве имеются заряженные частицы, которые легче электрона?

Не обязательно рассматривать массы в вакууме. Если создать среду, в которой будет избыток электронов, то уровень энергии электрона в ней повысится, и может стать больше, чем энергия продуктов распада. Например, в ядрах бывают и нейтроны выше протонов, и протоны выше нейтронов, и происходит, соответственно, и $\beta,$ и $\beta^+$-распад. Ещё грандиознее при образовании нейтронной звезды: там все протоны распадаются в нейтроны, так что остаётся только мизерная часть исходных протонов. В гипотетической кварковой звезде лёгкие кварки распадаются в тяжёлые. И т. п.

denis_73 в сообщении #665993 писал(а):

Это не важно. Какие причины заставляют распадаться мюон?
Или этих причин, ни внутренних, ни внешних, вообще нет?

Я причины назвал.

denis_73 в сообщении #665993 писал(а):

"вследствие слабого взаимодействия" - это можно было бы понимать так, что свободный мюон с чем-то "слабо" взаимодействует (поглощает, например, $W^+$-бозон) и поэтому распадается. Но мюон свободный.

Именно так и происходит. Просто взаимодействие в квантовой теории поля симметрично в смысле теории относительности, и в частности, симметрично между прошлым и будущим. То есть, свободный мюон взаимодействует с электроном из будущего, и в результате распадается на мю-нейтрино. А электрон, соответственно, на e-нейтрино. Изо всех этих частиц только одна в прошлом (мюон), а три в будущем (электрон, мю-нейтрино, e-антинейтрино). Поэтому для нас это выглядит как распад: из одной частицы получилось три.

Повторяю, если кто забыл, что в физике частиц слово "распад" не означает, что из частицы полетели какие-то "части" или "детали". Слово "распад" по определению всего-навсего означает такую реакцию, в начале которой 1 частица, а в конце - несколько. А слова "столкновение" и "рассеяние" означают реакцию, в начале которой несколько частиц.

denis_73 в сообщении #665993 писал(а):

Вопрос в данный момент не в том, на что он распадается и как вычисляется время его жизни.

Нет, вопрос именно в том. На одни вещи мюон распадаться может, на другие - не может. И это его главные свойства.

denis_73 в сообщении #665993 писал(а):

Под квантовыми флуктуациями подразумевал рождение и исчезновение виртуальных частиц в вакууме. Что является причиной квантовых флуктуаций вакууума, рождения и исчезновения виртуальных частиц?

Если вы изучите квантовую теорию (начиная с квантовой механики), на этот вопрос можно будет дать подробный ответ. Но не раньше.

denis_73 в сообщении #666004 писал(а):

Нет. Насколько понимаю, принцип неопределённости запрещает возможность измерить точно одновременно две особым образом связанные величины (при этом одну величину не запрещает измерить с какой угодно точностью), т. к. измерительный прибор влияет на измеряемую систему.
А здесь вопрос не про измерение одновременно двух величин, а про причины рождения виртуальных частиц в вакууме.

Дело в том, что количество частиц в системе - это тоже физическая величина, и она тоже не может существовать в точном значении. Она обладает некоторой неопределённостью, и с некоторой вероятностью при измерениях могут быть обнаружены "лишние" частицы. Вероятность этого тем больше, чем точнее вы задаёте координаты и момент времени, когда что-то измеряете.

denis_73 в сообщении #666004 писал(а):

Насколько понимаю, принцип неопределённости запрещает возможность измерить точно одновременно две особым образом связанные величины (при этом одну величину не запрещает измерить с какой угодно точностью), т. к. измерительный прибор влияет на измеряемую систему.

Главная ошибка здесь - это преувеличение влияния измерительного прибора. На самом деле, в физической системе одновременно не существуют точные значения двух сопряжённых величин, а измерения только обнаруживают этот факт. Кроме того, только в простейших случаях одну из величин можно измерить с какой угодно точностью - иногда возникают принципиальные ограничения на такую возможность.

[BISHA]

denis_73 в сообщении #665306 писал(а):

По какой причине распадаются свободные нейтроны?

Резерфорд считал, что нейтрон состоит из протона и электрона?

[Munin]

BISHA в сообщении #666373 писал(а):

Резерфорд считал, что нейтрон состоит из протона и электрона?

Резерфорд так не считал. Когда Резерфорд построил модель атома, не было не только нейтрона, не было даже протона - было только ядро. Потом обнаружили протоны и альфа-частицы, и долго думали, что ядро состоит из протонов (по массе) и электронов (частично уменьшающих заряд). Потом открыли нейтроны, и выяснили, что ядро состоит из протонов и нейтронов. Про нейтроны никогда не думали, что они состоят из протона и электрона.

[Joker_vD]

Munin в сообщении #666064 писал(а):

Электрон может распасться, например, на мюон.

Что-то поиск по "electron decay modes" ничего вразумительного не дал. Расскажите подробней, если нетрудно?

[schoolboy]

Да шутит это великий физик. В одном и том же посте он может всем сделать строгий наказ:

Munin в сообщении #666064 писал(а):

Повторяю, если кто забыл, что в физике частиц слово "распад" не означает, что из частицы полетели какие-то "части" или "детали". Слово "распад" по определению всего-навсего означает такую реакцию, в начале которой 1 частица, а в конце - несколько. А слова "столкновение" и "рассеяние" означают реакцию, в начале которой несколько частиц.

и в этом же посте назвать нейтронизацию, то есть захват электронов ядрами при образовании нейтронных звезд распадом протонов. Вот мужики - то не знают! Тратят кучу денег на детекторы, чтобы обнаружить этот распад протона. Поэтому почему бы превращение электрона в мюон не назвать распадом? Мунину позволено не следить за терминами, у него ведь глубокое понимание физики.

[denis_73]

"свободный мюон взаимодействует с электроном из будущего".

Это всерьёз? Круто.
Кто-нибудь приведите ссылку на цитату в каком-нибудь надёжном источнике, типа учебника, где подобное говорится...

[BISHA]

Munin в сообщении #666436 писал(а):

Потом обнаружили протоны и альфа-частицы, и долго думали, что ядро состоит из протонов (по массе) и электронов (частично уменьшающих заряд). Потом открыли нейтроны, и выяснили, что ядро состоит из протонов и нейтронов.

Вопрос был не Вам. Было бы интересно как спрашивающие на него отвечают и все.
Протоны открыты в 1919 г. при изучении треков частиц в камере Вильсона, в 1922 г. экспериментально доказано существование изотопов элементов, электроны в 1897 г., нейтрон в 1932 г. Резерфорд погиб в 1936 г. , а с 1919 г. предполагал, что заряд некоторых протонов может быть скомпенсирован электронами.

[Munin]

Joker_vD в сообщении #666757 писал(а):

Что-то поиск по "electron decay modes" ничего вразумительного не дал. Расскажите подробней, если нетрудно?

Дык, electron decay modes в современной терминологии подразумевают распад свободного электрона, а он ни на что не распадается :-) Я повторяю, нужна среда.

Ну например. Берём плотный горячий газ электронов. В нём есть некоторый равновесный процент мюонов, который тем больше, чем больше температура. Резко сожмём этот газ, так что его температура повысится. Тогда часть электронов начнут переходить в мюоны. Если некоторым образом абстрагироваться от среды, то это можно описать как "распад".

schoolboy в сообщении #666776 писал(а):

и в этом же посте назвать нейтронизацию, то есть захват электронов ядрами при образовании нейтронных звезд распадом протонов.

Есть оба канала: и $\beta^+$-распад ($p\to n+e^++\nu_e$), и электронный захват ($p+e^-\to n+\nu_e$). И в ядрах, и в нейтронизации нейтронной звезды.

BISHA в сообщении #666943 писал(а):

Вопрос был не Вам.

А кому, Резерфорду?

-- 04.01.2013 13:15:16 --

denis_73 в сообщении #666872 писал(а):

"свободный мюон взаимодействует с электроном из будущего".

Это всерьёз? Круто.
Кто-нибудь приведите ссылку на цитату в каком-нибудь надёжном источнике, типа учебника, где подобное говорится...

Это всерьёз. Это называется "квантовая теория поля" (в фейнмановском явно-лоренцинвариантном изложении). Предлагаю для начала Нобелевскую лекцию Фейнмана, где он наиболее ясно и популярно упоминает эту идею, потом "Квантовую электродинамику" Фейнмана, и потом можно любые учебники по КТП.

[schoolboy]

denis_73 в сообщении #666872 писал(а):

"свободный мюон взаимодействует с электроном из будущего".

Это всерьёз? Круто.
Кто-нибудь приведите ссылку на цитату в каком-нибудь надёжном источнике, типа учебника, где подобное говорится...

Обозвав меня недоучкой, и обвинив меня в оффтопе, великий физик Мунин, написав фактически то же, что и я, но для понта добавил глубокую мысль про симметрию по времени в теории относительности. Тут Остапа несло… Он фактически рассказал диаграмму Фейнмана, то есть диаграмму квантовой физики. А в квантовой физике нет симметрии по времени, нет симметрии между прошлым и будущем, а есть симметрия, которая называется CPT-инвариантностью, это означает, что можно согласованно менять прошлое-будущее, заряды и четность, проще говоря, поляризацию. Поэтому в результате все правильно: взаимодействовать с электроном из прошлого, все равно что взаимодействовать с позитроном противоположной поляризации из будущего. Ищите про диаграммы Фейнмана.

Про виртуальные частицы тоже у него доля правды есть, действительно, главное принцип неопределенности. Только вот вместо того, чтобы здесь выёживаться, великому физику бы подучить вторичное квантование, операторы рождения – уничтожения, и вспомнить, что оператору числа частиц сопряжен оператор напряженности поля. Так что и тут великий физик маленько пролепетал не совсем то. Действительно, принцип неопределенности в квантах рулит, но во всех своих ипостасях это сложный принцип, в нем много тонкостей.

-- 04.01.2013, 16:41 --

Munin в сообщении #666964 писал(а):

Есть оба канала: и $\beta^+$-распад ($p\to n+e^++\nu_e$), и электронный захват ($p+e^-\to n+\nu_e$). И в ядрах, и в нейтронизации нейтронной звезды.

Ссылочку про канал $p\to n+e^++\nu_e$, или сами скажите, если знаете, за счет чего протон тяжелее нейтрона? За счет внутренних степеней свободы - вряд ли, может быть тут подразумевается не элементарная частица протон, а квазичастица протон, либо Вы все-таки забыли слева что-то дописать.

[Someone]

schoolboy в сообщении #667091 писал(а):

Ссылочку про канал $p\to n+e^++\nu_e$, или сами скажите, если знаете, за счет чего протон тяжелее нейтрона?

Ищем "позитронный распад" и находим:

Позитронный распад писал(а):

Позитро́нный распа́д — тип бета-распада, также иногда называемый «бета-плюс-распад» ($\beta^+$-распад), «эмиссия позитронов» или «позитронная эмиссия». В $\beta^+$-распаде один из протонов ядра превращается посредством слабого взаимодействия в нейтрон, позитрон и электронное нейтрино. Многие изотопы испускают позитроны, в том числе углерод-11, азот-13, кислород-15, фтор-18, иод-121. Например, в следующем уравнении рассматривается превращение посредством $\beta^+$-распада углерода-11 в бор-11 с испусканием позитрона $e^+$ и электронного нейтрино $\nu_e$:

$${}^{11}\hbox{C}\;\to\;^{11}\hbox{B}\;+\;e^+\;+\;\nu_e.$$

[Munin]

schoolboy

schoolboy в сообщении #667091 писал(а):

Только вот вместо того, чтобы здесь выёживаться, великому физику бы подучить вторичное квантование, операторы рождения – уничтожения, и вспомнить, что оператору числа частиц сопряжен оператор напряженности поля.

Спасибо, но... в вакууме оператор числа частиц имеет определённое значение - 0. А виртуальные частицы рождаются и уничтожаются. А вопрос был именно про них.

schoolboy в сообщении #667091 писал(а):

сами скажите, если знаете, за счет чего протон тяжелее нейтрона?

Я же говорю, за счёт чего. За счёт того, что в среде уровни энергии сдвинуты. Почитайте элементарную теорию ядра, например, у Мухина § 3.2. Уровни энергии в ядре образуются за счёт межнуклонных сил (образованных обменом мезонами), за счёт запрета Паули (когда нижние состояния заняты нуклонами), за счёт кулоновского отталкивания протонов. Всё это вместе приводит (в $\beta^+$-нестабильных ядрах) к тому, что уровень энергии протона выше ближайшего свободного уровня энергии нейтрона, причём достаточно, чтобы ещё и испустить электрон. Переформулировать в терминах КТП оставляю вам в качестве развлечения.

schoolboy в сообщении #667091 писал(а):

может быть тут подразумевается не элементарная частица протон, а квазичастица протон

Я бы не додумался до такой формулировки. Но можете ею пользоваться, если это прольёт бальзам на вашу душу.