Warum ist die theoretische Halbwertszeit eines Protons im Vergleich zu Halbwertszeiten anderer subatomarer Teilchen so hoch?

Warum ist die theoretische Halbwertszeit eines Protons im Vergleich zu Halbwertszeiten anderer subatomarer Teilchen so hoch?
Anonim

Antworten:

Wenn Protonen zerfallen, müssten sie sehr lange Halbwertzeiten haben, und es wurde nie beobachtet.

Erläuterung:

Viele der bekannten subatomaren Teilchen zerfallen. Einige sind jedoch stabil, weil Erhaltungssätze es ihnen nicht erlauben, in etwas anderes zu zerfallen.

Zunächst gibt es zwei Arten von subatomaren Teilchen, Bosonen und Fermionen. Fermionen werden weiter in Leptonen und Hadronen unterteilt.

Bosonen gehorchen der Bose-Einstein-Statistik. Mehr als ein Boson kann das gleiche Energieniveau einnehmen und sie sind Kraftträger wie das Photon und W und Z.

Fermionen gehorchen der Fermi-Dirac-Statistik. Nur ein Fermion kann ein Energieniveau einnehmen und sie sind die Materieteilchen. Leptonen sind unteilbare Fermionen und Hadronen, die aus zwei oder mehr gebundenen Quarks bestehen.

Boson und Fermion Zahlen können sich nur in Vielfachen von zwei ändern. Die Ladung muss ebenfalls eingespart werden. Die Anzahl der Lepton- und Quarks bleibt ebenfalls erhalten.

Photonen sind die leichtesten ungeladenen Bosonen und sind stabil, weil es nichts gibt, in das sie zerfallen können.

Elektronenneutrinos sind die leichtesten ungeladenen Fermionen und sind stabil, da es nichts gibt, in das sie zerfallen können. Sie sind auch Leptonen.

Gluonen sind die am leichtesten geladenen Bosonen. Sie sind stabil, weil es nichts gibt, in das sie zerfallen können.

Elektronen sind die am leichtesten geladenen Fermionen. Sie sind stabil, weil es nichts gibt, in das sie zerfallen können. Sie sind auch Leptonen.

Pions sind die leichtesten Hadronen, aber da sie aus einem Quark und einem Antiquark bestehen, sind sie äußerst instabil. Sie zerfallen typischerweise in zwei Photonen oder ein Elektron und ein Antineutrino oder ein Positron und ein Elektron-Neutrino. Beim Zerfall der Teilchen-Antiteilchen-Paare bleiben die Lepton-Zahlen erhalten.

Das Proton ist das am leichtesten geladene Hadron mit drei Quarks. Erhaltungssätze setzen voraus, dass es stabil ist, ohne dass sie zerfallen können.

Einige Theorien erlauben es, die Erhaltungssätze unter bestimmten Umständen zu brechen. Solche Theorien erlauben einen Protonenzerfall. Wenn ein Protonenzerfall auftritt, wurde er nie beobachtet und die Halbwertzeit muss sehr lang sein.