Структура элементарных частиц и атомных ядер

[Е.А.Меркулов]

Решено расширить тематику модерируемого мною подраздела БФ.
Все предложения принимаются к рассмотрению по адресу:
http://bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=83066.msg10559750#msg10559750

[Е.А.Меркулов]

Теперь о главном.
О преобразованиях Материи из Вещества в Энергию. И наоборот.

Почему для перехода в энергию, веществу требуется "помощь" антивещества?
\(e^-+e^+\to \gamma+\gamma \)

И почему энергии (для обратного перехода) без сторонней помощи тоже никак не обойтись?
\(\gamma+\gamma \not\to e^-+e^+ \)

[Е.А.Меркулов]

При столкновении Пиона "\(\pi^-\)" с Протоном "\(p\)" может, а если энергия их столкновения \(E\) превышает величину: \(2 M_\circ /c^2=68\) МэВ, то – уже обязательно, образуется виртуальная пара электрических зарядов: \(\beta^-\beta^+\)  \[\pi^-+p \to \pi^-+p +\beta^-+\beta^+\] которые могут либо объединиться между собою в Позитроний \(P_s\), либо…

[Е.А.Меркулов]

Но много интереснее ситуация на энергиях \(E>2\cdot(2 M_\circ /c^2)=136\) МэВ
В этой ситуации образуется уже две виртуальных пары электрических зарядов: \(\beta^-\beta^+\)  \[\pi^-+p \to \pi^-+p +2(\beta^-+\beta^+)\] …которые дружно объединяются в элементарную частицу: \[2(\beta^-+\beta^+)\to \pi^\circ\] При этом, Пи-мезон вбирает в себя (в свою массу: 134,96 МэВ/с²) практически всю кинетическую энергию столкновения исходных частиц.
Мысль о том, что Нейтральный Пион (\(\pi^\circ \)) "состоит" из пар элементарных зарядов, подверженных аннигиляции в свободном состоянии, по типу: \[ e^-+ e^+\to γ + γ \] ...подтверждается основным каналом распада этой элементарной частицы: \[ \pi^\circ \to γ + γ \] Что можно рассматривать в качестве “полной внутренней аннигиляции” пиона. Однако (в более редких случаях) экспериментально фиксируется распад пиона по схеме “частичной внутренней аннигиляции”, при которой сохраняется одна из двух пар элементарных зарядов, входящих в структуру этой элементарной частицы: \[ \pi^\circ \to γ + e^– + e^+\] Впрочем, наблюдается и просто “развал“ пиона на составляющие его заряды, без какой-либо внутренней аннигиляции: \[ \pi^\circ \to e^– + e^+ + e^– + e^+ \] Данный процесс, иногда сопровождается объединением трех зарядов в новую элементарную частицу – мюон: \[\pi^\circ \to (e^– + e^+ + e^–) + e^+ \to μ^– + e^+ \\ \pi^\circ \to e^– + (e^+ + e^– + e^+) \to e^- + μ^+ \] И поскольку  в структуре пиона содержится только 4 элементарных заряда, в экспериментах никогда не наблюдаются распады по схемам с бóльшим суммарным числом зарядов в продуктах распада этой элементарной частицы: \[ \pi^\circ ↛ μ ^– + μ^+ \\ \pi^\circ ↛ e^– + e^+ + e^– + e^+ + e^– + e^+ \] Хотя кварковой, прости господи, теорией, такие каналы распада нейтрального пиона и считаются вполне допустимыми.

[Е.А.Меркулов]

То, что Мюон, рождающийся в процессе распада нейтрального пиона, содержит в своей структуре именно 3 (и не более того) элементарных заряда, следует из характера распада самого мюона по 3-электронной схеме. При отсутствии в Природе 5-электронного канала распада этой элементарной частицы: \[\pi^\circ \to μ^– + e^+ \\  μ^– \to  e^- + e^+ + e^- \\  μ^– \not\to  e^- + e^+ + e^- + e^+ + e^- \] Стоит заметить, что 5-электронный канал распада Мюона (наряду с 6-электронным каналом распада Пиона), считается явлением, вполне себе даже допустимым, в рамках кварковой, прости господи, теории.

[Е.А.Меркулов]

Ситуацию с распадом Мюона осложняет то обстоятельство, что по современным представлениям академической науки, этот самый Мюон (подобно Электрону) НЕ имеет никакого внутреннего строения. Но, при этом все же, готов распадаться (хотя и довольно редко), даже на ТРИ Электрона.
А Электрон (такой же бесструктурный, как и Мюон) распадаться ни на что НЕ может.
Парадокс, однако.

На всякий случай напомню все экспериментально установленные каналы самопроизвольного распада Мю-мезона (лептона, по своей физической природе), с указанием процентной вероятности (либо верхних границ) этих каналов: \[\mu^-\to \begin{cases} e^-+\nu_e+\overline{\nu }_e & (98.6~\%)\\e^-+\nu_e+\overline{\nu }_\mu & (<5~\%)\\e^-+\nu_e+ \overline{\nu }_e +\gamma & (1.4~\%)\\ e^-+e^++e^-+\nu_e+\overline{\nu }_e& (<2.2\cdot 10^{-3}~ \%)\\ e^-+\gamma +\gamma & (<8.4\cdot 10^{-7}~\%)\\e^-+e^++e^-& (<1.9\cdot 10^{-7}~\%)\\e^-+\gamma & (<1.7\cdot 10^{-8}~ \%)\\ \end{cases}\] И это притом, что все лептоны (наряду с кварками) считаются элементарными образованиями, не имеющими никакой внутренней структуры!

[Evalmer]

\[\mu^-\to e^-+\gamma ~~~~ (<1.7\cdot 10^{-8}~ \%) \]

Наличие верхней границы канала распада указывает только на теоретическую возможность такого канала, но не на факт его существования. Так, к примеру, и протон можно считать нестабильной элементарной частицей: \[p\to e^++\gamma ~~~~ (<10^{-100}~ \%) \]

[Е.А.Меркулов]

Согласен.
Даю поправку на распады Мюона, с учетом только экспериментально обнаруженных схем: \[\mu^-\to \begin{cases} e^-+\nu_e+\overline{\nu }_e & (98.6~\%)\\e^-+\nu_e+ \overline{\nu }_e +\gamma & (1.4~\%)\\ e^-+e^++e^-+\nu_e+\overline{\nu }_e& (2.2{\pm}1.5\cdot 10^{-3}~ \%) \end{cases}\]

[Е.А.Меркулов]

И по нейтральному Пиону:

 \(\pi^\circ \to \begin{cases}   \gamma+\gamma  & \mbox{  ≈98 %} & полная~ внутренняя~ аннигиляция~пиона \\   e^-+e^++\gamma & \mbox{  ≈2 %}& частичная~внутренняя ~аннигиляция ~зарядов \\e^-+e^++e^-+e^+ & \mbox{  3,24}\cdot 10^{-3} \mbox{ %} & полный~ развал~ системы~на~заряды \\ e^-+e^+&\mbox{  1,8}{\pm}\mbox{0,7}\cdot 10^{-5}\mbox{ %}\end{cases}\)

[Олег Владимирович Лавринович]

Согласен.
Даю поправку на распады Мюона, с учетом только экспериментально обнаруженных схем: \[\mu^-\to \begin{cases} e^-+\nu_e+\overline{\nu }_e & (98.6~\%)\\e^-+\nu_e+ \overline{\nu }_e +\gamma & (1.4~\%)\\ e^-+e^++e^-+\nu_e+\overline{\nu }_e& (2.2{\pm}1.5\cdot 10^{-3}~ \%) \end{cases}\]

Заметьте, мюон распадается на реальный электрон. Все прочее, аннигилирует, либо вводится в уравнение для равновесия, ради закона сохранения энергии.

[Evalmer]

Заметьте, мюон распадается на реальный электрон.

А я заметил, что мюон распадается на два реальных электрона и еще один, не менее реальный позитрон.

[Олег Владимирович Лавринович]

А я заметил, что мюон распадается на два реальных электрона и еще один, не менее реальный позитрон.

Лишний электрон с позитроном эквивалентен гаммакванту, то есть безмассовой сущности. А в остатке , электрон. Обстреливаемая  мюонами мишень заряжается электронами.

[Е.А.Меркулов]

\[\mu^-\to e^-+e^++e^-+\nu_e+\overline{\nu }_e~~~ (2.2{\pm}1.5\cdot 10^{-3}~ \%) \]

Лишний электрон с позитроном эквивалентен гаммакванту, то есть безмассовой сущности. А в остатке , электрон.

Это совсем даже другой "остаток", вероятность которого на 3 порядка выше: \[\mu^-\to e^-+\nu_e+ \overline{\nu }_e +\gamma ~~~(1.4~\%) \]К тому же масса покоя электрон-позитронной пары никакая не "безмассовая сущность", а сущность с массой более 1 МэВ/с²\[e^-+e^+\to \gamma +\gamma~~~(\sim 100~\%)\] И много реже: \(e^-+e^+\to \gamma +\gamma+\gamma\)
Но никогда: \(e^-+e^+\not\to \gamma \)   (в "эквиваленте")

[Evalmer]

\(\pi^\circ \to \begin{cases}   \gamma+\gamma  & \mbox{  ≈98 %} & полная~ внутренняя~ аннигиляция~пиона \\   e^-+e^++\gamma & \mbox{  ≈2 %}& частичная~внутренняя ~аннигиляция ~зарядов \\e^-+e^++e^-+e^+ & \mbox{  3,24}\cdot 10^{-3} \mbox{ %} & полный~ развал~ системы~на~заряды \\ e^-+e^+&\mbox{  1,8}{\pm}\mbox{0,7}\cdot 10^{-5}\mbox{ %}\end{cases}\)

Вы полагаете, что пион состоит из электронов и позитронов?

[Е.А.Меркулов]

Вы полагаете, что пион состоит из электронов и позитронов?

Нет – из двух пар элементарных зарядов, которые в свободном состоянии являются электронами и позитронами. И на которые пион иногда самопроизвольно разваливается:

 \(\pi^\circ \to e^-+e^++e^-+e^+ \)

[Evalmer]

По-вашему, получается, что пион все-таки состоит из "связанного состояния" электронов и позитронов...

...которые в свободном состоянии являются электронами и позитронами.

Тавтология, какая-то.

[Е.А.Меркулов]

Тавтология, какая-то.

Тавтология у вас, а не у меня.
Я говорю только то, что элементарные заряды в Микромире: \(\beta^+\) и \(\beta^-\) могут образовывать "связанные состояния". При этом, энергия связи, к примеру, одного положительного и одного отрицательного элементарных зарядов \((1\beta^+1\beta^-)\) составляет 6,8 МэВ. А двух положительных и двух отрицательных \( (2\beta^+2\beta^-)\) – уже 175,9 МэВ.
И уже эти зарядовые "связки" формируют то, что называется элементарными частицами, в которых заряды могут (при распадах частиц) освобождаться от своих связей и переходить в "свободное состояние", представленное электронами: \(e^-\) и позитронами: \(e^+\) , с массами всего по 0,5 МэВ/с², в качестве свободных носителей единичных элементарных зарядов.
Например:  \(\mu^+(2\beta^+1\beta^-) \to e^++ e^++ e^-\)