KESKUSTELU

Protoni ja neutroni tuntuvat melko samanlaisilta hiukkasilta (poislukien sähkövaraus). Molemmat koostuvat kolmesta kvarkista ja niiden massat ovat likipitäen samat. Neutroni kuitenkin hajoaa jo 15 minuutissa ja protoni yli 10^33 vuoden kuluttua tai ei ollenkaan. Mikä protonissa ja neutronissa on niin erilaista että niiden hajoamisajat ovat niin erilaiset? Miksi vapaa neutroni hajoaa, mutta ytimeen sitoutunut ei? Miksi ytimeen sitoutunut protoni voi muuttua neutroniksi, mutta vapaa protoni ei?

Nykyisin tuntuu siltä, että kaikki olettavat protonin hajoavan ennemmin tai myöhemmin. Mistä tämä johtuu? Jos protoni ei hajoakaan, aiheuttaako se teoreettisia (tai kokeellisia) ongelmia fysiikassa?

"Miksi ytimeen sitoutunut protoni voi muuttua neutroniksi, mutta vapaa protoni ei?"

Mutuna tuntuu aika mahdottomalta saattaa vapaaseen protoniin sekä elektroni että elektronin neutriino saatika että ne olisivat läsnä oikea-aikaisesti. Ytimessä ne ovat läsnä neutronissa (jos ydin ylipäätään sisältää neutronin) eli kaikki herkut tarjolla. Lisäksi ollaan kvanttihyppelyn mittakaavassa eli hiukkaset voivat vaihtaa kaikenlaista. Pelkkiä protoneita sisältävässä nukleonissa ei ilmeisesti muunnosta tapahdu.

Kouluja käyneet voisivat muotoilla asian hienommilla sanankäänteillä.

Protonin kokonaisenergia on pienempi kuin (vapaan) neutronin, ja koska pienimmän vaikutuksen periaatteen mukaan kaikki systeemit pyrkivät energiaminimiinsä, on vapaalle neutronille energeettisesti edullisempaa hajota protoniksi, elektroniksi ja elektronin antinetriinoksi kuin ylläpitää korkeampaa, vahvasta vuorovaikutuksesta johtuvaa potentiaalienergiaa.



Stabiiliin ytimeen sitoutuneella neutronilla on vähemmän potentiaalienergiaa kuin vapaalla protonilla, joten hajoaminen vaatisi energiaa sen luovuttamisen sijaan. Tosin eräät epävakaat radioaktiiviset aineet sallivat löyhästi sitoutuneiden neutronien hajoamisen, ja tätä kutsutaan beta-hajoamiseksi.



Protonin hajoaminen on vain eräiden hypoteettisten suurten yhtenäisteorioiden (GUT) ennuste, jota ei olla vielä varmistettu - vaikka kokeita protonin hajoamisen havaitsemiseksi on tehtykin. Ongelma on vain siinä, että protonin hypoteettinen puoliintumisaika on niin pitkä, että sen havaitseminen sadankin vuoden sisällä on erittäin epätodennäköistä.

Ennenwanhaan neutroni ymmärrettiin vain protonin ja elektronin yhteenliittymäksi. Jospa se wanha teoria on lähempänä totuutta kuin tämä nykyajan kvarkkiteoria.


Missä niin sanotaan, että ytimeen sitoutunut protoni voi muuttua neutroniksi?

Siellähän se on aloituksessa.

Vapaa protoni voi muuttua neutroniksi esimerkiksi silloin, kun siihen törmää riittävän energeettinen antineutriino.

http://kamland.stanford.edu/Nontechnical/detection.html

"To detect an antineutrino (, the antiparticle of the neutrino), we wait for one to smash into a proton (p) in our detector. The collision destroys the incident antineutrino and proton, but creates a positron (e+) and a neutron (n)"

Tuossa on kysymyksessä sama ilmiö kuin positroneja tuottavassa beetahajoamisessa.
http://en.wikipedia.org/wiki/Cowan%E2%8 ... experiment

Myös

http://www.newton.dep.anl.gov/askasci/p ... y00843.htm

"it is not so difficult for a balanced neutrino / anti-neutrino pair to be accidentally made out of pure excess energy, from the collision between an electron and a proton. Then you have the situation of the electron and proton and neutrino in the same place, merging to form a neutron, and an anti-neutrino flying away free carrying any excess energy"

Kaikki oleellinen tulikin suurin piirtein jo sanottua derzin ja kfan toimesta. Minua jäi vain mietityttämään tämä:


Kuinka pienimmän vaikutuksen periaatteesta seuraa tuo pyrkimys energiaminimiin (kvanttisysteemille)?

Ei kai siihen sen erikoisempaa perustelua tarvita kuin että perustilan todennäköisyys on suurin? Polkuintegraaliformulaatiosta voidaan johtaa Schrödingerin yhtälö, ja Schrödingerin yhtälöstä polkuintegraaliformulaatio.

Ei minunkaan mielestäni. Siksi tuo aikaisempi kommenttini.



Oliko tällä lausahduksella joku pointti liittyen tähän keskusteluun?

Ei muuta kuin se, että samat fysikaaliset johtopäätökset ovat voimassa niin polkuintegraaliformulaatiossa kuin lähdettäessä liikkeelle Schrödingerin yhtälöstä. Siis myös tuo, että perustilan todennäköisyys on suurin.