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从宇宙诞生时就观测质子无法知道它是否会衰变

发布时间:2023-11-05 14:00:01

即使我们从宇宙诞生时就观测质子,也无法知道它是否会衰变。只要保持观测这个数字1年,那么,有1个以上质子出现衰变的概率为10%,5年就是50%。如果质子的寿命是1030年,那么只要持续观测1年就有95%的概率能看到质子的衰变。

如果质子的寿命是1034年,那么要观测一个核子直至它衰变,也必须得花费1034年。要想检测出质子衰变,就必须设计出全新的实验模型。如果质子衰变出的物质就是高能粒子,那么,必然有实验室检测出质子衰变出的高能粒子。

用神冈实验去检测质子衰变,出现了方向性的错误。用神冈实验室检测质子衰变,就是假设质子衰变的物质也是高能粒子。β衰变是指原子核中的一个中子转变成一个质子和一个电子,电子随后被释放出来。

对于胶子球的产生而言,最理想的是那些可以产生丰富的胶子而不是夸克的过程,例如,粲偶素重介子通过丰富胶子的过程辐射衰变或强衰变到胶子球;质子—反质子湮没;或者是高能质子—质子碰撞中通过双胶子衍射产生胶子球。

如果一个原子核中的质子数量过多,它就会变得不稳定,因为质子间的排斥力会使得原子核变得不稳定,需要通过衰变来释放能量。假如一个人活一百岁,组成身体的几万万亿亿原子,在这一百年里可能有一个质子衰变。

α衰变是指原子核放出一个α粒子(即两个质子和两个中子组成的粒子),使得原子核中的质子数量减少2个,变得更加稳定。神冈实验室没有检测出质子衰变,说明:质子衰变物质并不是某种高能粒子,而是一种全新的物质。

但如果同时观测1033个质子的话,情况就不一样了。科学研究表明,质子也可能衰变,只不过时间非常长,推测起码在七千多万亿年。物质衰变有多种形式,如α衰变、β衰变、γ衰变等。这其中粲偶素辐射衰变J/ψ→γ+X是产生胶子球的理想过程之一(γ是光子;X是所有可能的末态粒子,包含可能的胶子球)。

地球自诞生以来共46亿年,宇宙从开始到现在据说也只有138亿年,质子的寿命显然要长得多。简单来说,就是质子的年龄是宇宙年龄一万亿倍的万亿倍。胶子球的产生和衰变机制,对正负电子对撞机研制的影响文/扶摇述编/扶摇述在过去的40年中,我们对强相互作用的性质有了飞跃性的认识,我们认识到核子(质子和中子)是由更小的微粒“夸克”(q)(一种自旋1/2的费米子)通过交换一种叫做“胶子”(g)的玻色子(自旋为1)束缚在一起而形成的。

类似地,在粲偶素到强子末态衰变中也可以研究胶子球的产生机制,如J/ψ衰变到一个普通介子和一个可能胶子球的过程。γ衰变则是指原子核放出一个高能光子(即电磁波),以释放能量。理论计算J/ψ→γgg和J/ψ→ggg的比值发现J/ψ→γ+X的衰变主要是通过J/ψ→γgg跃迁,在这一过程中寻找胶子球无疑是比较理想的。

原子核的稳定性取决于质子和中子之间的平衡。物质衰变是一个自然的过程,它使得原子核能够达到更稳定的状态,并且释放出能量。它们除了可以组合成类似于质子和中子的“重子”(具有半整数自旋1/2,3/2,5/2,…),也可以由正反夸克组成具有整数自旋的“介子”(0,1,2,…),重子和介子统称为“强子”。

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