Этот вопрос тесно связан с моим предыдущим вопросом Связанные состояния в QED .
Мюоний представляет собой систему электрона и антимюона. В этой статье в Википедии утверждается, что мюоний нестабилен.
ВОПРОС: Почему он нестабилен? Связано ли это с наличием слабых взаимодействий, или это можно объяснить только в рамках КЭД (с участием как электронов, так и мюонов и их античастиц).
Для сравнения, позитроний, состоящий из электрона и позитрона, в нестабильной частице (см., например, эту статью в Википедии). Он может аннигилировать до двух фотонов. Этот эффект можно объяснить обычной КЭД. Это объяснение, кажется, не работает для мюония.
Начнем с ядерного бета-распада в качестве похожего примера. 12C с 6 протонами и 6 нейтронами стабилен. Как указал Марек, недостаточно просто сказать, что нейтроны нестабильны. Если бы все нейтроны были нестабильны по отношению к бета-распаду, то 12С мог бы распасться на 12N. Причина, по которой этого не может произойти, состоит в том, что масса ядра 12N больше, чем масса ядра 12С. Это означает, что если бы распад продолжался, общая масса-энергия продуктов (12N, электрон и антинейтрино) была бы больше, чем начальная масса-энергия 12С.
В примере с мюонием мюон хочет распасться на позитрон плюс некоторое количество нейтрино. Разница между массой мюона и массой позитрона составляет 105,147 МэВ. (Массами нейтрино можно пренебречь.) Этот распад был бы запрещен, если бы энергия связи мюония составляла -105,147 МэВ или выше. Но это не так. Энергия связи мюония в основном такая же, как энергия связи водорода, около 14 эВ.
Вот грубая оценка, почему атом мюония неустойчив к бета-распаду мюона (в отличие от нейтрона в дейтроне). Энергия связи электрона в атоме мюония без учета эффекта приведенной массы примерно равна его энергии связи в атоме водорода по модели Бора, т. е. 13,6 эв. Мюон совершает бета-распад на позитрон и нейтрино. Разница масс покоя между мюоном и позитроном составляет около 105,6 - 0,5 = 105,1 Мэв. Таким образом, энергия связи настолько мала по сравнению с разницей масс, что режим распада мюона очень благоприятен. Напротив, масса дейтрона составляет 1875,6 МэВ, а масса покоя продуктов бета-распада нейтрона + протона составляет 2(938,27 МэВ) + 0,511 МэВ = 1877,05. Таким образом, дейтрон благоприятствует стабильному состоянию.
Как сказал Марек, он так же нестабилен, как и любой другой радиоактивный атом. Это слабый распад мюона или антимюона, который разрушает мюоний.
МКО
Бибопбутнестади