Что происходит с отдельным атомом в реакции антивещества? [закрыто]

Аннигиляция антипротона грязная.

Протон состоит из двух верхних кварков, одного нижнего кварка и нескольких глюонов.

$uud$протон

$\bar{u}\bar{u}\bar{d}$антипротон

Полоса сверху указывает на античастицы.

Реакция анниляции начнется с «вверх-против-вверх» или «вниз-против-вниз». Это создаст пару фотонов и уберет два кварка из шести. Скажем, взлеты идут первыми. Теперь у вас есть это.

$ud \text{ } \bar{u}\bar{d}$плюс фотоны

Фотоны здесь будут в диапазоне 300 МэВ. (Как указано в одном из комментариев, возможно, до диапазона 800 МэВ, если образуется пион.) Это очень сложно. Фотоны в обычном рентгеновском аппарате, например, обычно меньше 0,1 МэВ.

Фотоны уходят, вероятно, не делая ничего для оставшегося атома. Но теперь у вас остались эти частицы. Они также могут аннилировать и исчезнуть в виде фотонов. Или они могли образовать пионы, которые быстро распались бы на фотоны и электроны. Эти процессы производят множество излучений с различной энергией, некоторые из которых находятся в одном и том же диапазоне 300 МэВ. (Опять же, может быть, 800 МэВ.)

Это просто вырвало бы один протон из атома, переместив его на одну позицию влево в периодической таблице. В этот момент это будет зависеть от того, с какого изотопа он начинается. Например, если это было железо, наиболее распространенным изотопом является Fe-56. Он потерял бы один протон и стал бы марганцем, а также потерял бы один атомный вес, так что это был бы Mn-55. Который стабилен. Железо имеет четыре стабильных изотопа.

Fe-54 => Mn-53 Период полураспада 3,74 миллиона лет, захват электронов в Cr-53

Fe-56 => Mn-55 стабильный

Fe-57 => бета Mn-56 в стабильное Fe-56

Fe-58 => бета Mn-57 в стабильное Fe-57

Другие химические элементы будут иметь другие узоры.

Но безобразие не закончено. $ud \text{ } \bar{u}\bar{d}$частицы, или даже фотоны, могут привести к распаду ядра пораженного атома. Энергии здесь предостаточно, чтобы отрывать от ядра осколки разного размера. Если это произойдет, вы получите сложный массив фрагментов, многие из которых радиоактивны и будут распадаться на другие вещества, некоторые быстро, некоторые медленно. Некоторые из них будут химическими элементами в менее протонной части периодической таблицы.

Мог ли антипротон взаимодействовать с нейтроном? Да.

Нетурон состоит из одного верхнего кварка и двух нижних кварков.

$udd$нейтрон

Например, антипротон$\bar{u}$анти-кварк может аннигилировать нейтроны$u$вверх кварк. Это снова оставит после себя набор кварков, которые могут либо аннилировать, либо образовать мезоны, которые быстро распадутся. Это похоже на случай протон-анти-протон. Главное отличие состоит в том, что теперь из атома удаляется один нейтрон.

Снова взглянув на железо в качестве примера, четыре изотопа сделали бы следующее.

Fe-54 => Fe-53, который бета-распадает до Mn-53, замеченный ранее

Fe-56 => Fe-55, который бета-распадает до Mn-55, стабильный

Fe-57 => Fe-56 стабильный

Fe-58 => Fe-57 стабильный

Итак, подведем итоги. Вы наверняка получите несколько очень жестких фотонов и, возможно, несколько электронов с более высокой энергией. Вполне вероятно, что вы получите некоторую остаточную радиоактивность, вероятно, гораздо более низкой энергии, наверняка фотоны, вероятно, бета и альфа. И вы получите несколько изотопов с меньшим атомным весом, скорее всего, всего в одном или двух шагах от исходного атома.

Другой комментарий говорит о сохранении импульса. Да, это может быть важно. При значительной отдаче ядро ​​может сильно удариться. Это может означать, что ядро ​​действует как излучение напрямую. Или это может означать, что ядро, за вычетом одного протона или нейтрона, подвергается дальнейшей фрагментации, и осколки разлетаются в виде излучения. У меня нет опыта таких взаимодействий, поэтому я не могу оценить, насколько частыми они могут быть.

Итак, подведем итоги. Вы наверняка получите несколько очень жестких фотонов и, возможно, несколько электронов с более высокой энергией. Вполне вероятно, что вы получите некоторую остаточную радиоактивность, вероятно, гораздо более низкой энергии, наверняка фотоны, вероятно, бета и альфа. И вы получите несколько изотопов с меньшим атомным весом, скорее всего, всего в одном или двух шагах от исходного атома.

Исходя из моего непрофессионального понимания ядерной физики, я думаю, что процесс будет идти следующим образом:

1. антипротон аннигилирует одним нуклоном, будь то протон или нейтрон
2. аннигиляция высвобождает энергию в виде гамма-фотона, энергия которого составляет около тысяч МэВ.
3. когда этот фотон взаимодействует с ядром, он передает в тысячи раз больше энергии, чем энергия связи ядра (см. диаграмму ниже).

4. неспособное управлять такой большой энергией, ядро ​​«взрывается», распадаясь на высокоэнергетические нуклоны, летающие вокруг.
5. когда эти нуклоны взаимодействуют с другими ядрами, в зависимости от их энергии, они либо снова взорвутся (доставленная энергия больше, чем энергия связи ядра, вернитесь к шагу 4), либо сделают их радиоактивными (доставленная энергия меньше, чем энергия связи ядра).

Деление тяжелого ядра требует общей входной энергии примерно от 7 до 8 миллионов электрон-вольт (МэВ), чтобы первоначально преодолеть ядерную силу, которая удерживает ядро ​​в сферической или почти сферической форме, как указано здесь .

Когда протон-анти-протон аннигилируют, выделяется 2 ГэВ энергии, которая может начать реакцию деления в делящемся материале. В других материалах, возможно, появятся гамма-лучи и все.

Итак, чтобы повторить некоторые вещи, которые я сказал в своем ответе на ваш последний вопрос , и поскольку никто другой на самом деле не упомянул об этом в своих ответах: самые интересные вещи будут связаны с нестабильными барионами, которые возникают в результате реакции аннигиляции. , обычно пионы.

Настоящую аннигиляцию осуществляют составляющие кварки антинуклона и нуклон, с которым он сталкивается. Вероятность того, что оба нуклона поднимутся в потоке гамма-лучей, довольно мала, поэтому в основном происходит то, что из 6 кварков, присутствующих в начале реакции, 2 аннигилируют, а оставшиеся четыре образуют пары. какой-то мезон (часто пионы , о которых люди заботятся во многих видах ракет на антиматерии или в конструкции источников энергии). Наиболее частым результатом нуклон-антинуклонной реакции является образование двух мезонов, которые унесут большую часть импульса и массы-энергии первоначальных частиц... обычно это будет в два раза больше, чем мгновенные гамма-лучи, и, следовательно, является основным влиянием на то, что происходит дальше.

Самое важное в мезонах то, что, поскольку они являются барионами , они могут взаимодействовать через сильное ядерное взаимодействие и, следовательно, имеют значительный шанс взаимодействовать с нуклонами-«наблюдателями», составляющими остальную часть ядра атома. первоначальный антинуклонный удар. Это может означать, например, рассеяние от них, что является хорошим способом передать часть значительного импульса мезона ядру, которое затем может вызвать его деление.

Различные сечения (например, вероятности) гамма-нуклонного взаимодействия и мезон-нуклонного взаимодействия, а затем различные вероятности деления или потери энергии при испускании гамма-лучей слишком многочисленны и слишком сложны, чтобы я мог их исследовать или перечислять здесь. . Так что я не буду.

Я просто приведу остальные в качестве пунктов списка.

• Ядро превращается либо в более легкий изотоп (из-за аннигиляции нейтрона), либо в более легкие элементы (из-за аннигиляции протона).
• Ядро может получить дополнительную энергию за счет взаимодействия с мгновенными гамма-лучами от аннигиляции или за счет взаимодействия с мезонами, образованными из неаннигилированных валентных кварков из аннигилированной пары нуклон-антинуклон.
• Если это произойдет, он может подвергнуться делению или потерять эту энергию, выбрасывая альфа-частицу, или испуская протон или нейтрон.
• Новое ядро ​​может быть нестабильным, и в этом случае оно может подвергнуться радиоактивному распаду, т.е. альфа- или бета-излучением (или, реже, протонным или нейтронным излучением).
• Последнее ядро ​​может находиться в возбужденном состоянии, и в этом случае оно высвободит часть или всю эту дополнительную энергию в виде гамма-лучей.

Tl;DR: это радиоактивный беспорядок.