¿Desintegración de partículas elementales?

En física de partículas tenemos una lista de "números cuánticos" que describen una partícula. Diferentes tipos de interacciones pueden conservar o no conservar diferentes números cuánticos.

Usted da el ejemplo de las desintegraciones que cambian el sabor de los quarks. A los bariones y mesones (que modelamos como si estuvieran hechos de quarks, aunque los quarks individuales están confinados ) se les asignan "números cuánticos de sabor": el$D$los mesones tienen encanto número cuántico$C=\pm1$, la$K$los mesones tienen extrañeza$S=\pm1$pero encanto$C=0$, y así sucesivamente . Las interacciones fuerte y electromagnética no cambian el sabor de los números cuánticos en un sistema, pero la interacción débil sí lo hace. Entonces, las habilidades de estequiometría que aprendió en química funcionan para la dispersión de interacción fuerte, como la producción de hipernúcleos que conservan la extrañeza , pero no para las desintegraciones débiles que cambian esos números cuánticos.

(De hecho, se podría decir que solo tiene sentido que hablemos de números cuánticos de sabor porque la interacción que los cambia es débil).

Algunos de estos números cuánticos se conservan en todas las interacciones conocidas. Esos incluyen

• carga eléctrica: el número de cargas positivas menos el número de cargas negativas
• número bariónico: el número de protones, neutrones e hiperones, menos el número de antiprotones, antineutrones y antihiperones. En el modelo de quarks, cada quark tiene el barión número 1/3 (y el antiquark$-$1/3), por lo que puede usar la estequiometría bariónica para analizar reacciones donde se producen mesones.
• número de leptones: el número de electrones, muones, taus y neutrinos, menos el número de sus antipartículas.

Cuando haces estequiometría química, como en tu reacción de descomposición del carbonato de calcio, estás conservando la carga eléctrica, la cantidad de electrones y la cantidad de protones y neutrones. La conservación de su número bariónico está restringida porque no hay interacción en las energías que preocupan a los químicos, lo que permite que los protones se transformen en neutrones o viceversa, por lo que debe conservar los números de protones y neutrones por separado. Además, no hay interacción, a las energías que les preocupan a los químicos, lo que permite que un nucleón salte de un núcleo a otro, por lo que debe conservar por separado la cantidad de calcios, la cantidad de carbonos, etc.

Es tentador y útil tomar estas leyes de conservación y usarlas para concluir que un núcleo de calcio está "hecho de" veinte protones y veinte neutrones. Pero ese enfoque se desmorona cuando comienzas a considerar las interacciones débiles que cambian el sabor. El muón se desintegra por la interacción débil en un neutrino, un antineutrino y un electrón; pero hay evidencia en contra de cualquier modelo en el que el muón "contenga" esos productos de desintegración en la forma en que podemos decir que un núcleo "contiene" nucleones.

No, esa lógica no se aplica. Desintegraciones radiactivas$-$particularmente aquellos mediados por la fuerza débil$-$no es necesario conservar los números de los diferentes tipos de partículas.

Lo que esto significa es que hay varias cantidades importantes, como

• el número de electrones (menos el número de positrones),
• el número de muones,
• el número de quarks extraños,
• el número de quarks charm,

y así sucesivamente (con el número de antimuones restado del número de muones, etc.) que generalmente se conservan por la evolución del tiempo, particularmente bajo la impuesta por el electromagnetismo y la fuerza nuclear fuerte, pero que no se conservan bajo la fuerza nuclear débil. Por lo tanto, cuando tienes un decaimiento de fuerza débil, realmente cambias un quark extraño por un quark encantador; en la medida en que cualquiera de esos dos términos tenga sentido (es decir, más allá de simplemente decir "un quark"), no se puede decir que compartan una composición.

Dicho esto, debo señalar que, de hecho, hay algunas situaciones en las que realmente no se puede (o no se debe) decir que las partículas tienen un tipo en absoluto (siendo las oscilaciones de neutrinos un ejemplo destacado) pero no se aplican a la$c\to s$decaimiento que mencionaste, donde los estados inicial y final tienen tipos bien definidos (diferentes).

Las dos respuestas son bastante correctas y describen desintegraciones de partículas. quiero dirigirme

se puede utilizar para demostrar que el carburo de calcio consta de las mismas sustancias que componen el óxido de calcio y el dióxido de carbono.

En química se puede utilizar el concepto clásico de que las masas, medidas por escalas, son invariantes para cada sustancia en la tabla periódica de elementos , y que la masa es una cantidad aditiva.

Sin embargo, la tabla periódica de elementos, cuando se observa agregando los protones y neutrones constituyentes de cada elemento, conduce a la relatividad especial , SR, la última entrada en la tabla.

En SR las masas no son invariantes bajo las transformaciones de Lorenz. La cantidad invariante que acompaña a cada partícula se denomina masa invariante y es la "longitud" de un vector de cuatro dado por la energía$E$y el impulso$p$de la partícula Al igual que con los vectores habituales, las longitudes no son aditivas en la suma de vectores, por lo que las masas no son aditivas si se encuentran en el ámbito de la relatividad especial, donde pertenece el estudio de los núcleos.

Entonces, uno puede agregar las masas de los átomos en la tabla periódica y considerarlos de comportamiento clásico, porque cualquier efecto de relatividad especial debido a los enlaces electromagnéticos de van der Waals y fuerzas similares, son muy pequeños para ser medibles en reacciones químicas. ( menos de$eV$químico contra$MeV$nuclear en rangos de energía)

En las desintegraciones e interacciones de partículas elementales, los cuatro vectores de energía y momento juegan un papel crucial junto con la conservación de varios números cuánticos, como se describe en las otras respuestas.

La suma de las masas invariantes de las partículas provenientes de la descomposición no puede exceder la masa de las partículas en descomposición, debido a la conservación de la energía en el centro de masa, por lo que la suma de masas invariantes es un límite superior en lo que una partícula puede decaer.