Сколько тебе жить, протон?

топ 100 блогов foto_history02.09.2021 0ротон

 Мы сидим на крохотном островке стабильности и с душевным трепетом взираем на физиков, которые вот-вот готовы и протон объявить частицей неустойчивой.  Стабильность электрона легко объяснить. Он имеет минимально возможный заряд (если не принимать в расчет кварки, эти получастицы, полуфантомы!).

Все частицы меньшей массы (обычно при ядерных развалах тяжелое распадается на более легкие части), те, на которые электрон мог бы распасться (фотон, нейтрино), — нейтральны. Получается, что электрону просто не на что «распасться». Тут вступает в действие закон сохранения электрического заряда: заряд не может исчезать или возникать.

С протоном дело сложнее.  Он мог бы передать свой единичный положительный заряд, скажем, более легкому позитрону, тоже положительно заряженному.  Прежде эту возможность теоретики игнорировали, так как адроны (протон среди них) и лептоны (электрон, позитрон) были разделены, казалось бы, непроницаемой стеной. Однако в рамках «великого объединения» различие между этими частицами исчезает.

Здесь кварки, которые раньше можно было отличить по их способности к сильным взаимодействиям, могли бы запросто превращаться в лептоны, прежде считавшиеся частицами совсем другой природы, участвующие только в электрослабых взаимодействиях. Как следствие этого, состоящий из трех кварков протон теперь мог бы превратиться в лептон и мезон. Например, по такой схеме: р- + е+ + ?° (протон распадается на позитрон и нейтральный пи-мезон). 

Теперь вопрос — как быстро должно идти это превращение? Скорее всего со скоростями черепашьими. Ведь масса данных, начиная с солидного возраста земного шара, говорит о том, что окружающее нас вещество вроде бы вовсе не исчезает.  Слоны и вороны, говорят, живут сотни лет, американские секвойи тысячи.

А сколько лет способен прожить протон? Если срок его жизни окажется очень большим, то с чем его сравнивать? Может быть, со временем жизни нашей Вселенной? (Да она тоже невечна, и в принципе имело бы смысл отмечать дни, нет, миллиардолетия со дня ее рождения!)  Возраст Вселенной установлен довольно точно — 1010, или, в обычной записи, 10 миллиардов лет.

Число катастрофически громадное; и все-таки протон должен жить дольше, что нетрудно доказать.  Мы, как выразился один физик, «знаем своими костями», что среднее время жизни протона больше, чем, ну скажем, 1016 лет. В самом деле, если бы оно было заметно меньше, то 1028 протонов, образующих тело взрослого человека, распадались бы со средней скоростью, превышающей 1012 протонов в год, или около 30 тысяч распадов за секунду.

Человек стал бы радиоактивным! И сам представлял бы угрозу для своего здоровья.  Различные теоретические соображения и эксперименты (о них еще пойдет речь) свидетельствуют: время жизни протона больше 1030 лет. Умопомрачительная величина! Откуда она взялась?

Физики в состоянии дать отчет.  Протон, считается, состоит из трех кварков. В среднем они находятся друг от друга на значительной дистанции, расстояниях порядка радиуса протона. Эти размеры крошечны для нас, людей, но грандиозны, чтобы на них могли проявить себя «сильно-электромагнито-слабые» («великое объединение» сил) взаимодействия.

Протон, возможно, способен превратиться в позитрон, но только при том условии, что один из его кварков станет лептоном. И вот для этого-то кварки и должны сблизиться на расстояния в миллиарды миллиардов раз меньшие, чем размер протона.  Понятно, что вероятность такого сближения крайне мала, а значит, шанс за то, что протон не развалится у нас на глазах, должен быть велик. Так и возникают числа большие, чем 1030.

И еще одно замечание-разъяснение. Не надо думать, что если время жизни протона или электрона (пока электрон считается вечным) превышает возраст Вселенной (на 20 порядков!), то эти частицы существовали и тогда, когда Вселенной еще не было и в помине. Нет, протоны и электроны появились вместе со Вселенной. И число 1030 означает лишь ту «веху» жизни Вселенной, когда большинство протонов мира развалится.

Ю.Чирков. Охота за кварками

Оставить комментарий

Архив записей в блогах:
У нас сегодня детская была) Нужно было поснимать, но суматоха суматошная! Как-то неловко выкладывать фото деток без согласия родителей, поэтому чуточку невнятных для создания настроения покажу) Шум-гам -тарарам, дети веселились) От этой зайки балдела) Такая непосредственность) ...
В КНДР создан планшетный компьютер "Ариран", оснащенный системой Android. В местных СМИ отмечается, что это электронное устройство, отражающее специфические особенности народной республики, сделано просто и доступно для пользователей любого ...
Просто и вкусно, филе готовое купила в окее. На полкило филе потянуло, одна половинка, на одну сковороду не уместилось Хвостовую часть отдельно жарила Как готовила: сполоснула, обсушила полотенцем, нарезала крупно, сбрызнула лимонным соком, постояла минут пять рыбка в миске - ...
В Москве я бываю довольно часто, раз в неделю - это точно. Но каждый раз набегами, по важным делам, а потом с досадой уезжаю из неё и думаю о том, что опять не получилось насладится всей инфраструктурой огромного мегаполиса. Когда у меня выдается свободное время между запланированными ...
Пришла пора попугать фотографиями общежития сына:) Справедливости ради, предупрежу, что и похуже видела, но...в 90-е. Потому несколько...изумлена была, увидев интерьеры из прошлого. Но есть и плюсы, также стоит быть справедливыми. Обо всём по порядку. Отвозила счастливого парня 28 ...