“提出正确的问题,往往等于解决了问题的一大半...” ——维尔纳·海森堡我们知道中子会经历β衰变,转变为质子,这个过程中会释放一个W玻色子,而W玻色子的平均质量比中子和质子的质量差要大的多 。那么问题来了,这多出来的质量从哪里来的?今天就说下量子力学是怎样促使粒子衰变的 。
在标准模型中大多数粒子都不稳定
从宏观宇宙到微观世界,从我们看得见的恒星、星系或星系团到我们看不见的细胞、分子或单个原子,或者介于两者之间的任何事物,浩瀚的宇宙囊括了这一切 。

文章插图
【质子是怎么影响宇宙微波背景的 中子和质子有结合能吗】但是从基本层面上来看,万事万物都是由原子组成的,而形式多样的原子都具有相同的基本粒子 。如果我们暂且忽略暗物质是什么,那么我们所讨论的已知宇宙只是下图中这些基本粒子构成的标准模型 。

文章插图
在标准模型中绝大多数的粒子不能自由的存在,在自然界中也不容易找到 。但是我们可以单独的观察到中微子、电子和光子,上下夸克以及胶子构成的质子、中子和原子核,这些都是很常见的,因为它们都比较稳定 。
绝大多数标准模型中的粒子,包括所有较重的夸克(核子要素)、介子和τ子(第三代轻子),以及W和Z玻色子(传递弱力),从根本上说这些粒子都不稳定 。事实也证明,它们的寿命不仅有限,而且与我们的宏观世界相比微不足道 。这是为什么呢?让我们从一个之前已经听说过的现象开始:放射性 。
β衰变中的质量差问题

文章插图
我们都很熟悉放射性衰变,其实就是重而不稳定的元素会衰变为较轻的元素 。其中一些衰变很快,不到一秒钟,而另一些可能需要数十亿年,例如铀238的半衰期基本和地球年龄差不多 。一些极其罕见的半衰期和目前宇宙的年龄差不多,例如:钍-232的半衰期长达140亿年 。
这是因为由上下夸克和胶子组合而成的复合结构:质子和中子,最多能把一两个下夸克衰变为稍微轻一点的上夸克 。这个过程需要很长的时间,因为允许这种情况发生的粒子交换是由非常重的W玻色子作为介导的弱力衰减 。
这个过程是如何发生的?

文章插图
假设现在有一个中子,由两个下夸克和一个上夸克组成 。中子的平均寿命约为15分钟,就会衰变为质子,质子是两个上夸克和一个下夸克 。我们一般用MeV(兆电子伏或百万电子伏)的单位来测量核能,中子和质子之间的质量差略大于1MeV 。[所有的质量都以自然单位给出,不考虑光速(c)的因素 。]
另一方面,引起衰变的相互作用是一个下夸克转变为一个上夸克加上一个电子和反中微子对,电子和反中微子对其实就是一个w玻色子 。也就是说中子到质子其实就是释放了一个弱力的传递粒子w玻色子,但是中子到质子没有足够的质量(能量)释放w玻色子;w玻色子的平均质量大约是80Gev,或者80000 MeV!上文也说到中子到质子才差了1MeV 。
所以为了让这种放射性衰变继续下去,就必须依赖于量子涨落的存在,而量子涨落允许这种情况的发生,但这种情况也“比较难”发生,因为质子/中子的质量之比,与w玻色子的质量之比,相差实在太大了 。
推荐阅读
- 凉拌小河虾的做法,拌小青虾的做法步骤图片
- 电动车充一晚上电会爆炸,电瓶车充一夜电会爆炸吗
- 电动装订机的使用方法,168电动装订机怎么换钻头
- dm和sm是什么意思,是可以这样的吗老师梗
- 火影忍者博人传大结局佐助死了吗 火影忍者博人传动漫大结局了吗
- 抖音怎么隐藏喜欢的作品
- PS中要怎样才可以羽化边缘,ps抠图之后要如何羽化边缘图片
- 如何查看手机电池容量,手机电池容量要怎么进行查看
- 可以怎么注销快手,快手如何注销账号
