¿Qué determina si la desintegración de neutrones libres da como resultado la producción de un átomo de hidrógeno neutro?

Question

¿Qué determina si la desintegración de neutrones libres da como resultado la producción de un átomo de hidrógeno neutro?

quarks
Física
neutrones
subatómico
interacción débil
cromodinámica-cuántica

hombre_esquizoide

Se sabe que los neutrones libres (fuera del núcleo) son muy inestables, con una vida media de alrededor de 14 minutos y 40 segundos. Dentro del neutrón, que está compuesto por 1 quark up y 2 quarks down, un quark down cambia a un quark up al liberar un quark $W^-$ bosón, creando así un protón.

d \to tu + W^{-}

$d\rightarrow u+W^-$

tu d d \to tu tu d + W^{-}

$udd\rightarrow uud+W^-$

{norte}^{0} \to {pag}^{+} + W^{-}

$n^0\rightarrow p^++W^-$

El neutrón tiene una energía de decaimiento de 0,782343 MeV. El diferencial de energía es suficiente para crear un electrón (que solo necesita 0,511 MeV), un antineutrino y 0,269 MeV de energía.

De este modo:

{norte}^{0} \to {pag}^{+} + {mi}^{-} + {\bar{v}}_{mi} + 0.269 METRO mi V

$n^0\rightarrow p^++e^-+\bar{\nu}_{e}+0.269 MeV$

La energía restante se puede utilizar como energía cinética para expulsar el electrón. O se produce un fotón de rayos gamma que se lleva la energía extra.

{norte}^{0} \to {pag}^{+} + {mi}^{-} + {\bar{v}}_{mi} + γ

$n^0\rightarrow p^++e^-+\bar{\nu}_{e}+{\gamma}$

El electrón requiere 13,6 eV para liberarse del protón. En algunos casos, el protón interactúa con el electrón, que no puede alcanzar los 13,6 eV necesarios y, como resultado, permanece unido al protón, formando un átomo de hidrógeno neutro, y el neutrino se lleva toda la energía de desintegración del neutrón. ¿Qué determina si la desintegración del neutrón da como resultado la producción de un átomo de hidrógeno? ¿Cómo podemos determinar si la energía adicional se la lleva el fotón de rayos gamma, o el neutrino, o si se usa para la expulsión del electrón?

probablemente_alguien

"¿Cómo podemos determinar..." - ¿Estás preguntando cómo podemos predecir si la energía es transportada por un rayo gamma? ¿O está preguntando cómo podemos medir si la energía se la lleva un rayo gamma?

hombre_esquizoide

¿Podemos realmente predecir (¡ Sí! ) si se produce un átomo de hidrógeno o si la energía extra hace que el electrón sea expulsado? Y si la energía no es utilizada por el electrón ( que se une al protón dando como resultado la producción de hidrógeno ), ¿podemos predecir si la energía es tomada por el fotón de rayos gamma o por el neutrino? ¿O todo esto es solo cuestión de suerte?

robar

La versión actual de la pregunta (v3) cuenta dos veces la masa del electrón al calcular el

Q

$Q$ -valor del decaimiento. El punto final del espectro de energía beta es 780 keV, no 270 MeV.

Respuestas (1)

¿Qué determina si la desintegración de neutrones libres da como resultado la producción de un átomo de hidrógeno neutro?

"¿Cómo podemos determinar..." - ¿Estás preguntando cómo podemos predecir si la energía es transportada por un rayo gamma? ¿O está preguntando cómo podemos medir si la energía se la lleva un rayo gamma?
¿Podemos realmente predecir (¡ Sí! ) si se produce un átomo de hidrógeno o si la energía extra hace que el electrón sea expulsado? Y si la energía no es utilizada por el electrón ( que se une al protón dando como resultado la producción de hidrógeno ), ¿podemos predecir si la energía es tomada por el fotón de rayos gamma o por el neutrino? ¿O todo esto es solo cuestión de suerte?
La versión actual de la pregunta (v3) cuenta dos veces la masa del electrón al calcular el $Q$ -valor del decaimiento. El punto final del espectro de energía beta es 780 keV, no 270 MeV.

probablemente_alguien · Answer 1

En última instancia, cualquier cosa basada en la mecánica cuántica (incluida la teoría cuántica de campos) genera probabilidades de que ocurran diferentes eventos, no resultados deterministas. No hay ningún factor, oculto o no, que determine completamente el resultado. Los experimentos que demuestran que se violó la desigualdad de Bell eliminan cualquier posibilidad de que haya alguna variable local determinista oculta que sea responsable del resultado de eventos específicos.

Dicho esto, las probabilidades de estos diferentes procesos se pueden predecir utilizando lo que ya sabemos sobre la teoría cuántica de campos y la interacción débil.

La interacción en la que una desintegración beta genera un fotón se conoce como desintegración beta radiativa . El mecanismo es bien conocido y se representa en los siguientes tres diagramas de Feynman (de este artículo ):

En los diagramas ayb, el fotón se emite como radiación de estado final desde el electrón o el protón, y en el diagrama c, el fotón se emite como parte de la interacción en el vértice débil. Las correcciones radiativas para la radiación del estado final son un procedimiento bastante estándar en cualquier curso de teoría cuántica de campos, y aquí se realizan de la misma manera. Los cálculos de vértices son un poco más complicados, pero todavía están dentro de nuestra comprensión de la interacción débil en la teoría cuántica de campos. Para obtener más detalles, consulte el documento mencionado anteriormente. Resulta que aproximadamente 4 de cada mil desintegraciones de neutrones libres es una desintegración de neutrones libres radiativa.

La formación de un átomo de hidrógeno a partir de la descomposición de un neutrón libre, por otro lado, es un poco más complicada, y explicar completamente la derivación requeriría la mayor parte de un trabajo de investigación. Afortunadamente, alguien ya ha publicado un artículo de este tipo . Este proceso se llama decaimiento beta de estado ligado , y la predicción, nuevamente, solo implica aplicar la maquinaria de la teoría cuántica de campos y nuestra comprensión de la interacción débil. La interacción $n\to H+\bar{\nu_e}$ se predice que ocurrirá en aproximadamente 4 de cada millón de desintegraciones de neutrones libres.

Como nota al margen, una vida útil de 14 minutos no es "altamente inestable" en términos del modelo estándar. El neutrón es, con mucho, el único hadrón más estable además del protón; los siguientes hadrones de vida más larga son los piones y kaones cargados, que tienen una vida útil de unas pocas decenas de nanosegundos . Incluso el famoso muón de larga vida tiene una vida en reposo de unos pocos microsegundos. En comparación con la mayoría de las partículas subatómicas, la vida útil del neutrón es una eternidad.

¿Qué determina si la desintegración de neutrones libres da como resultado la producción de un átomo de hidrógeno neutro?

hombre_esquizoide

probablemente_alguien

hombre_esquizoide

robar

Respuestas (1)

probablemente_alguien

¿Radiación de gluones de un nucleón?

Pues coloréame sorprendido...

¿Qué estabiliza a los neutrones contra la desintegración beta en una estrella de neutrones?

¿Existen gluones de color neutro?

¿La descomposición del quark extraño a través de interacciones débiles?

Posibles implicaciones de Tetraquark/Quark Quartet

¿Los quarks en un doblete son análogos débiles a estados de color fuertes?

¿Es un núcleo una colección de quarks o una colección de neutrones y protones? [duplicar]

Entendiendo la interacción entre dos quarks

QCD de SU(3)L×SU(3)RSU(3)L×SU(3)RSU(3)_L \times SU(3)_R calibrado y segregado quiralmente?