Si los protones y los electrones tuvieran masas similares

Si los electrones y los protones tuvieran la misma masa, ¿seguirían estando en una órbita estable alrededor de su baricentro o eventualmente colisionarían? De manera similar, un positronio (o protonio) solo dura extremadamente brevemente hasta que se aniquila, ocurriría una situación similar donde los electrones se unirían a los protones y neutrones en el núcleo (esto no violaría el principio de exclusión de Pauli ya que son fermiones diferentes).

Si este fuera el caso, ¿seguiría siendo posible la Química de alguna manera parecida a la forma actual?

¿Los electrones/protones todavía tendrían estados de energía?

Más o menos tienen... (105.6582+1776.82)/2= 941.24 MeV, y la masa del protón es 938.27 MeV. Podrías hacer algunos baricentros divertidos jugando con muones y taus en lugar de electrones. (PD: tenga en cuenta que el primer promedio son masas yukawa-higgs, la segunda masa es masa QCD; completamente sin relación. Coincidencia graciosa)
Por lo general, las preguntas hipotéticas no funcionan muy bien aquí, pero me gusta esta.
@BrandonEnright, este tipo de pregunta hipotética debería (debería) funcionar bien aquí. Veamos si lo hace.
@AlfredCentauri Secundado. Casi podría responder esta pregunta por analogía con el positronio, pero me falta el conocimiento de la interacción electrodébil para responder sobre la estabilidad del sistema propuesto. Sospecho que hay muchos lectores exactamente en mi posición con este nivel de conocimiento (o similar, es decir , que carecen de piezas clave) que se beneficiarían enormemente de una buena respuesta.
Sí, la mecánica ondulatoria simple sin tener en cuenta la teoría electrodébil resuelve esto como un átomo de hidrógeno con masa reducida. Alguien con un mayor nivel de conocimiento debería responder.
Robert N. Cahn escribió un hermoso artículo en esta línea de investigación: radford.edu/~brockway/18_parameters.pdf

Respuestas (1)

Esta es una pregunta hipotética, ya que los electrones son partículas elementales y los protones son compuestos.

Las soluciones del problema potencial darían orbitales estables con radios promedio más pequeños. Aquí hay una solución modelo de Bohr para el hidrógeno muónico, donde el muón es 200 veces más pesado que el electrón. Las energías se convierten en KeV en lugar de eV. Para ir a la masa del protón entra otro factor de 10.

Uno podría imaginar una química saliendo de tales átomos, excepto entonces uno debería imaginar también un nuevo sector electrodébil, para reducir la probabilidad de inestabilidades.

a) La estabilidad de los átomos viene porque la captura de electrones es muy rara, debido a las pocas probabilidades de superposición con el núcleo y la consiguiente creación de un neutrón y un neutrino. La proximidad y las grandes energías involucradas aumentarían estas probabilidades. Echa un vistazo a los átomos exóticos .

b) los estados excitados del átomo de "hidrógeno" podrían tener suficiente energía y superponerse con el protón para convertirse en un neutrón + neutrino y los modelos cosmológicos tendrían que rehacerse.

c) como ha señalado @CuriousOne en un comentario, la fusión catalizada por muones ha mostrado otra inestabilidad con respecto a la materia normal en estado sólido:

Si un muón reemplaza a uno de los electrones en una molécula de hidrógeno, los núcleos se acercan 207 veces más juntos que en una molécula normal. Cuando los núcleos están tan cerca, la probabilidad de fusión nuclear aumenta considerablemente, hasta el punto en que puede ocurrir una cantidad significativa de eventos de fusión a temperatura ambiente.

Una vez que la composición de los protones (tres quarks) ingrese al programa, se necesitaría un modelo estándar completamente nuevo, ya que varias reacciones no se basarían solo en los balances de energía, por ejemplo :

gráfico de decaimiento de neutrones

El diagrama de Feynman para la descomposición beta de un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico a través de un bosón W pesado intermedio

En general, mi opinión es que ningún estado sólido estable resultaría de tal hipótesis.

Creo que se podría agregar que incluso si se pudiera formar un estado de hidrógeno estable (dejando de lado el modelo estándar de física), el ejemplo de la fusión catalizada por muones muestra que en lugar de hacer moléculas estables, probablemente se tendrían muchas reacciones de fusión además a la captura de electrones.
@CuriousOne buen punto, lo agregaré.
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