Стабильность атома водорода и позитрония

Симметрии, которые вам не хватает, - это сохранение барионного числа.$B$и лептонное число$L$.

Мы сильно подозреваем, что барионное число не является точной симметрией, потому что Вселенная, по-видимому, содержит очень много барионов и очень мало антибарионов. На самом деле, лучшей метрикой барионной асимметрии Вселенной является сравнение плотности барионов с плотностью космических микроволновых фотонов, поскольку это то, во что превратился газ барионов и антибарионов при Большом взрыве; по этому стандарту Вселенная имеет барионную асимметрию около 10 ^-9 . Но ни один процесс, нарушающий барионное число, — начиная с протона,$B=1$, и заканчивая только пионами,$B=0$, или что-то в этом роде — никогда не наблюдалось ни в одной лаборатории.

У нас также нет свидетельств каких-либо процессов, которые изменяют лептонное число. Слабые распада, как$\beta$распада, всегда создают лептоны и антилептоны парами. Я не уверен, требуется ли нарушение лептонного числа космологией так же, как нарушение барионного числа: возможно, что электроны материи уравновешены равным количеством нейтрино антиматерии, которые не взаимодействовали ни с чем со времен Большого взрыва. Хотя теоретические/феноменологические аргументы в пользу$L$-нарушение на самом деле сильнее, чем для$B$-нарушение, так как возможно, что нейтрино и антинейтрино на самом деле являются одной и той же частицей.

Если вы углубитесь в литературу, вы найдете обсуждение теорий, которые ломают$B$и$L$но сохранить разницу$B-L$, предсказывая, например, что протон должен пройти$p\to\pi^0+e^+$. (На самом деле это была первоначальная цель гигантского резервуара для воды в Супер Камиоканде в Японии: поместить много-много водорода в поле зрения множества-много детекторов и дождаться распада протона. Среднее время до распада для этой конкретной моды где-то выше 10 ³³  лет.) Ваше исчезновение атома водорода имело бы ту же диаграмму Фейнмана,$e^-+p\to\pi^0$. Существуют также сопоставимые ограничения на взаимодействия, где$B$изменяется на две единицы, например$pp\to\pi\pi$в пределах тяжелого ядра.

Однако распад постирония имеет нулевой лептон в начальном состоянии (с одним лептоном и одним антилептоном) и нулевой лептон в конечном состоянии (с нулевым лептоном и двумя фотонами), и поэтому не запрещен этими законами сохранения.

Электрон — это самый легкий лептон, а протон — самый легкий барион, поэтому трудно понять, какая реакция может произойти без нарушения лептонного или барионного числа.

Я предполагаю, что если произойдет распад протона (на пион и позитрон), тогда может произойти реакция, дающая пион и два фотона.