Почему нейтроны в ядре не распадаются?

Я знаю, что вне ядра нейтроны нестабильны, и их период полураспада составляет около 15 минут. Но когда они вместе с протонами внутри ядра, они стабильны. Как это происходит?

Я получил это из википедии:

Будучи связанным внутри ядра, неустойчивость одиночного нейтрона к бета-распаду уравновешивается неустойчивостью, которую приобрело бы ядро ​​в целом, если бы дополнительный протон участвовал в отталкивающих взаимодействиях с другими протонами, уже присутствующими в ядро. Таким образом, хотя свободные нейтроны нестабильны, связанные нейтроны не обязательно таковы. Эти же рассуждения объясняют, почему протоны, стабильные в пустом пространстве, могут превращаться в нейтроны, будучи связанными внутри ядра.

Но я не думаю, что понимаю, что это на самом деле означает. Что происходит внутри ядра, что делает нейтроны стабильными?

То же самое происходит внутри ядра нейтронной звезды? Потому что там нейтроны кажутся стабильными.

Я просто добавлю, что несвязанные нейтроны имеют среднее время жизни 15 минут, а период полураспада около 10 минут. en.wikipedia.org/wiki/Нейтрон#Free_neutron_decay
Вторая часть является дубликатом physics.stackexchange.com/questions/63383/…

Ответы (7)

Спонтанные процессы, такие как распад нейтрона, требуют, чтобы конечное состояние было ниже по энергии, чем начальное состояние. В (стабильных) ядрах это не так, потому что энергия, которую вы получаете от распада нейтрона, меньше энергии, которую вам нужно затратить на наличие дополнительного протона в ядре.

Чтобы распад нейтрона в ядрах был энергетически выгодным, энергия, полученная при распаде, должна быть больше, чем затраты энергии на добавление этого протона. Обычно это происходит в нейтронно-избыточных изотопах:

Радиоактивный распад изотопов.

Примером является β − -распад цезия:

С с 55 137 С с → Б а 56 137 Б а + е − + ν ¯ е

Чтобы получить первое представление об задействованных энергиях, вы можете обратиться к полуэмпирической формуле Бете-Вайцзеккера , которая позволяет вам подставить количество протонов и нейтронов и дает вам энергию связи ядра. Сравнивая энергии двух ядер, связанных β − -decay вы можете сказать, возможен ли этот процесс.

Я думаю, вы могли бы улучшить этот ответ, добавив несколько примеров после рисунка, ссылаясь на рисунок. Это помогло бы получить более однородный «уровень».
Я не понимаю, как можно говорить «было бы более нестабильным, если бы это произошло, а значит, этого не происходит». Что такого в ядре, что останавливает случайный процесс распада?
@ Джонатан Это формула Бете-Вайцзекере, которая полуэмпирически говорит вам, какова энергия связи любого конкретного ядра. Спонтанные процессы происходят только от состояний высокой энергии к низкой.
Хорошо, но я имею в виду, как он «узнает», что конечное состояние имеет более высокую или более низкую энергию? Имеет ли нейтрон более низкую энергию, когда он находится внутри ядра, поэтому он просто не может распасться, или это что-то вроде распада, но затем сразу же возвращается?
@Джонатан. : хороший вопрос. Нейтрон даже не знает, каким должно быть его конечное состояние. На квантовом уровне вещи буквально не остаются на месте. Все кварки, из которых состоит нейтрон, движутся вокруг ядра и взаимодействуют с другими частицами поблизости. Теперь может случиться так, что одно из этих взаимодействий порождает электрон. Если этот электрон остается вместе достаточно долго и покидает ядро ​​(т. е. его вероятность оказаться в ядре падает практически до нуля), оставшиеся в ядре кварки вместе будут обладать свойствами протона — быть протоном .
Если подумать, то это совсем не неестественно. Если вы выпрыгиваете из самолета на высоте 40 000 футов, не имеет значения, знаете ли вы, какое направление вверх, а какое вниз. Вы упадете на землю в любом случае. Нам это кажется естественным, но описанная выше ситуация не так уж отличается от этой.
Это не отвечает на вопрос. Очевидно , что если что-то энергетически невыгодно, то этого не происходит. Вопрос в том, почему это энергетически невыгодно.
Ни в какой форме это не ответ!
«Энергия, которую вы получаете от распада нейтрона, ниже, чем энергия, которую вам стоит иметь дополнительный протон в ядре». Вы также получите электрон. Разве затраты энергии на дополнительный протон не будут уравновешены выигрышем в энергии электрона, притянутого всеми протонами? Дополнительный протон на поверхности ядра может нуждаться в меньшем количестве энергии, чем электрон в центре ядра.

Принцип запрета Паули утверждает, что никакие два идентичных фермиона (нейтроны и протоны являются фермионами — они имеют полуцелые спины и подчиняются статистике Ферми-Дирака) не могут одновременно занимать одно и то же квантовое состояние. Если бы нейтрон был β - распад как:

н ⟶ п + е − + ν е ¯
то этот свежеиспеченный протон попытается занять квантовое состояние с минимально возможной энергией. Однако, поскольку в ядре уже есть множество протонов, этот «новый» протон не может этого сделать и поэтому будет вынужден занять состояние с более высокой энергией. Чтобы попасть в это состояние, он должен поглотить некоторую энергию. Вот почему нейтроны обычно не β -распад внутри ядра. Помните, что β -распад нейтронов внутри ядра не является чем-то необычным - просто необычным.

Почему отрицательный голос? Я думал, что это был хороший консистентный ответ. Не так хорошо, как почти одновременно представленный Лагербауэром, но он не заслуживает отрицательного голоса.
Я тоже не получаю отрицательных голосов.
На самом деле это не объясняет стабильность богатых нейтронами ядер, поскольку высоколежащие нейтроны могут свободно распадаться на протоны.
Запоздалый ответ здесь, если кто-то еще читает: можно качественно объяснить избыток нейтронов, отметив, что уровни энергии всех протонов повышаются за счет их взаимного электростатического отталкивания. Следовательно, для достижения данного уровня энергии требуется меньше протонов, чем нейтронов, и поэтому нейтроны с самой высокой энергией находятся на том же уровне, что и протоны с самой высокой энергией, даже если в ядре больше нейтронов.
Это ответ. Принятый в настоящее время ответ не объясняет, почему за распад нейтрона взимается энергетическая потеря.
Если это ответ, то это означает, что причина стабильности нейтрона в ядрах та же, что и в нейтронных звездах: исключение из-за оболочечных эффектов. В нейтронных звездах мы находимся в термодинамическом пределе, и нейтроны не связаны, в то время как ядра страдают от эффектов конечного размера, а нейтроны находятся в ограниченных состояниях.. однако идея та же физика.

Думайте динамично — я предполагаю, что внутри ядра протоны и нейтроны постоянно «переворачивают» нейтроны, распадающиеся на протоны, и протоны, поглощающие электрон и нейтрино, чтобы снова стать нейтронами и так далее. Именно этот механизм порождает связывающую Силу. Очевидно, что нейтрон играет ключевую роль в стабильности любого ядра, более тяжелого, чем ядро ​​водорода.

Как именно работает этот механизм, неясно, но, возможно, будет существовать чистый заряд из-за кратковременного существования электрона в процессе распада/повторного поглощения.

Эта сила определяется законом Кулона.

Ф ∝ Вопрос п Вопрос е р 2

куда р имеет порядок диаметра протона, что приводит к очень сильному взаимодействию

Это также позволяет избежать введения «массивной частицы обмена», которая при «обмене» создает «привлекательную» силу.

Почему введение массивных частиц в качестве носителей силы должно быть проблемой? Вполне возможно, что пион образуется внутри протона и снова распадается внутри нейтрона, эффективно обменивая глюон между ними.

Что касается нейтронов в нейтронных звездах, ответ является прямым продолжением аргумента, используемого madR. В нейтронной звезде в основном «свободные» нейтроны, и возникает вопрос, почему не все они бета-распадают на электроны и протоны?

Ну, некоторые из них это делают, но дело в том, что когда число электронов/протонов (их одинаковое количество) накапливаются, они становятся вырожденными и соответствующие энергии Ферми увеличиваются. При некоторой пороговой плотности их энергии Ферми превысят максимальную энергию частиц, которые могут быть произведены нейтронами бета-распада. В этот момент бета-распад в значительной степени останавливается, и устанавливается равновесие между бета-распадом и обратным бета-распадом, так что энергии Ферми частиц связаны соотношением

Е Ф , н знак равно Е Ф , п + Е ф , е

Вы спросили, ПОЧЕМУ связанный нейтрон стабилен, а свободный нейтрон — нет: «Что происходит внутри ядра, что делает нейтроны стабильными?»

Это онтологический вопрос, и на него труднее всего ответить. Как объяснил Лагербэр, лучший ответ, который вы можете получить с точки зрения традиционной физики, — это разница в энергии связи. Таблица нуклидов дает эмпирическое свидетельство, ЧТО энергия связи сильно связана со стабильностью нуклида (но, что интересно, это не совсем так). Однако это все еще не отвечает на вопросы КАК и ПОЧЕМУ. ПОЧЕМУ существуют эти энергетические различия?

Если у вас любопытный ум, вы найдете и другие объяснения этого эффекта, но они менее ортодоксальны. Наше собственное объяснение находится здесь и дается с точки зрения решения со скрытой переменной http://vixra.org/abs/1111.0023

Выдержка из АННОТАЦИИ гласит:

Выводы. Установлено, что стабильность нейтрона внутри ядра возникает в результате образования комплементарного связанного состояния с протоном. Нейтрон является посредником между протонами, поскольку в противном случае дискретные силы протонов несовместимы. Эта связь также дает полный набор дискретных сил нейтрону, следовательно, его стабильность внутри ядра. Неустойчивость свободного нейтрона возникает из-за незавершенности его собственных дискретных полевых структур. Следовательно, он уязвим для внешних возмущений.

Далее в статье объясняется, как это предлагается работать с точки зрения упорядоченных структурных взаимодействий между нуклонами (ядерный полимер). Подчеркнем, что это объяснение неортодоксально. Тем не менее, он имеет более широкое применение, поскольку та же самая механика способна объяснить родственную и еще более сложную проблему, почему любой нуклид (не только нейтрон сам по себе) стабилен/нестабилен/не существует в диапазоне от водорода до неона. (как минимум) http://dx.doi.org/10.5539/apr.v5n6p145

Итак, более глубокий вопрос заключается в том, почему свободный нейтрон (n) нестабилен, почему 1H1 стабилен, а 1H2 нестабилен (но имеет более длительный срок службы, чем n), а 1H3 крайне нестабилен? Мы думаем, что можем объяснить все это и все остальное, по крайней мере, до Неона. Эту область таблицы нуклидов трудно объяснить иначе.

Так что, может быть, это объяснение стабильности/нестабильности нейтрона не такое уж и безумное.

"но 1H2 нестабилен (но имеет более длительный срок службы, чем n)" Если вы имеете в виду дейтрон, то нет, это не так.

Но когда они вместе с протонами внутри ядра, они стабильны.

Вы не знаете, что нейтроны стабильны внутри ядра. Это предположение.

Когда они отделены от ядра, они разделяются на части, которые идут своим путем. Эффект можно измерить. Наблюдайте за кусочками.

Если нейтрон распадается на части, которые не покидают ядра, нет причин считать, что это все еще нейтрон. Это может быть, например, совокупность кварков, разбросанных по всему ядру.

Имеются некоторые данные о том, что происходит внутри атомных ядер, в частности данные о том, что выходит из них при бомбардировке их высокоэнергетическими частицами. Ограниченные данные МОГУТ быть интерпретированы с точки зрения протонов и нейтронов, которые сохраняют индивидуальность. Нет особых оснований полагать, что по мере появления большего количества данных эта гипотеза будет выглядеть как лучшая.

Спасибо. Я плохо выразился. Однако я мог бы попробовать сделать это как вопрос отдельно.
При нормальных температурах нуклоны в ядре ведут себя в основном как стабильные единицы. Они не сливаются вместе в аморфное собрание кварков. См. физику.stackexchange.com/q /310820/123208 Но, как говорит там dmckee: «Однако стоит отметить, что связанные ядра — это не совсем то же самое, что несвязанные ядра». Это не полностью инертные кирпичи, происходит какое-то динамическое взаимодействие.

Нейтроны обмениваются зарядом внутри протона. Находясь за пределами ядра, он продолжает пытаться достичь нейтрального состояния. Такое состояние прекращает взаимодействие зарядов, полная нейтральность не может быть достигнута, поэтому он распадается, чтобы снова достичь активного состояния потока заряда. Я бы предложил взглянуть на концепции пионов Юкавы.

Почему нейтроны в ядре не распадаются?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 9v