Распад элементарной частицы?

В физике элементарных частиц у нас есть список «квантовых чисел», описывающих частицу. Различные типы взаимодействий могут сохранять или не сохранять разные квантовые числа.

Вы приводите пример распадов, которые изменяют аромат кварка. Барионам и мезонам (которые мы моделируем как состоящие из кварков, хотя отдельные кварки ограничены ) присваиваются «квантовые числа вкуса»:$D$мезоны обладают квантовым числом очарования$C=\pm1$,$K$мезоны имеют странность$S=\pm1$но очарование$C=0$и так далее . Сильное и электромагнитное взаимодействия не изменяют квантовые числа аромата в системе, но слабое взаимодействие изменяет. Таким образом, навыки стехиометрии, которым вы научились в химии, работают для рассеяния при сильных взаимодействиях, таких как образование гиперядер с сохранением странности , но не для слабых распадов, которые изменяют эти квантовые числа.

(На самом деле вы могли бы сказать, что нам имеет смысл говорить о квантовых числах вкуса только потому, что взаимодействие, которое их изменяет, слабое.)

Некоторые из этих квантовых чисел сохраняются всеми известными взаимодействиями. К ним относятся

• электрический заряд: количество положительных зарядов минус количество отрицательных зарядов
• барионное число: количество протонов, нейтронов и гиперонов минус количество антипротонов, антинейтронов и антигиперонов. В кварковой модели каждый кварк имеет барионное число 1/3 (и антикварк$-$1/3), поэтому вы можете использовать барионную стехиометрию для анализа реакций, в которых образуются мезоны.
• лептонное число: число электронов, мюонов, тау и нейтрино минус число их античастиц.

Когда вы выполняете химическую стехиометрию, например, в реакции разложения карбоната кальция, вы сохраняете электрический заряд, количество электронов и количество протонов и нейтронов. Сохранение вашего барионного числа ограничено, потому что нет взаимодействия при энергиях, о которых заботятся химики, что позволяет протонам превращаться в нейтроны или наоборот, поэтому вы должны сохранять числа протонов и нейтронов отдельно. Кроме того, нет никакого взаимодействия при энергиях, о которых заботятся химики, что позволяет нуклону прыгать с одного ядра на другое, поэтому вам нужно отдельно сохранять количество кальция, количество атомов углерода и т. д.

Заманчиво и полезно взять эти законы сохранения и использовать их, чтобы заключить, что ядро ​​кальция «состоит» из двадцати протонов и двадцати нейтронов. Но этот подход перестает работать, когда вы начинаете рассматривать слабые взаимодействия, меняющие вкус. Мюон распадается в результате слабого взаимодействия на нейтрино, антинейтрино и электрон; но есть доказательства против любой модели, согласно которой мюон «содержит» продукты распада таким же образом, как мы можем сказать, что ядро ​​«содержит» нуклоны.

Нет, такая логика не работает. Радиоактивный распад$-$особенно те, которые опосредованы слабым взаимодействием$-$не нужно сохранять количество различных типов частиц.

Это означает, что существует несколько важных величин, таких как

• количество электронов (минус количество позитронов),
• количество мюонов,
• количество странных кварков,
• количество очарованных кварков,

и т. д. (с числом антимюонов, вычтенным из числа мюонов и т. д.), которые обычно сохраняются во времени, особенно при эволюции, вызванной электромагнетизмом и сильным ядерным взаимодействием, но которые не сохраняются при слабом ядерном взаимодействии. Таким образом, когда у вас есть распад слабого взаимодействия, вы действительно заменяете странный кварк очарованным кварком; в той мере, в какой любой из этих двух терминов имеет смысл (т.е. помимо простого слова «кварк»), нельзя сказать, что они имеют общий состав.

Тем не менее, я должен отметить, что действительно есть некоторые ситуации, о которых нельзя (или не следует) говорить, что некоторые частицы вообще не имеют типа ( ярким примером являются нейтринные осцилляции ), но они не применимы к$c\to s$упомянутый вами распад, где начальное и конечное состояния имеют четко определенные (разные) типы.

Два ответа вполне верны, описывая распад частиц. я хочу обратиться

можно использовать для демонстрации того, что карбид кальция состоит из тех же веществ, что и оксид кальция и углекислый газ.

В химии можно использовать классическую концепцию , согласно которой массы, измеряемые весами, инвариантны для каждого вещества в периодической таблице элементов , и что масса является аддитивной величиной.

Однако периодическая таблица элементов, если рассматривать ее путем добавления составляющих протонов и нейтронов каждого элемента, приводит к специальной теории относительности SR, последней записи в таблице.

В СТО массы не инвариантны относительно преобразований Лоренца. Инвариантная величина, сопровождающая каждую частицу, называется инвариантной массой и представляет собой «длину» четырех векторов , заданную энергией$E$и импульс$p$частицы. Как и в случае с обычными векторами, длины не аддитивны при сложении векторов, поэтому массы не аддитивны в области специальной теории относительности, к которой относится изучение ядер.

Таким образом, можно добавить массы атомов в периодическую таблицу и считать их классическими по поведению, потому что любые эффекты специальной теории относительности из-за электромагнитных связей Ван -дер-Ваальса и подобных сил очень малы, чтобы их можно было измерить в химических реакциях. ( меньше чем$eV$химический против$MeV$ядерный в энергетических диапазонах)

В распадах и взаимодействиях элементарных частиц четыре вектора энергии и импульса играют решающую роль вместе с сохранением ряда квантовых чисел, как описано в других ответах.

Сумма инвариантных масс частиц, возникающих в результате распада, не может превышать массу распадающихся частиц из-за сохранения энергии в центре масс, поэтому добавление инвариантных масс является верхним пределом того, на что может распадаться частица.