Miksi protonin teoreettinen puoliintumisaika on niin korkea kuin muiden subatomisten hiukkasten puoliintumisajat?

Vastaus:

Jos protonit hajoavat, niiden pitäisi olla hyvin pitkä puoliintumisaika, eikä sitä ole koskaan havaittu.

Selitys:

Monet tunnetuista subatomisista hiukkasista hajoavat. Jotkut ovat kuitenkin vakaita, koska säilyttämislainsäädäntö ei salli niiden hajoamista mihinkään muuhun.

Ensinnäkin on olemassa kahdenlaisia subatomisia hiukkasia bosoneja ja fermioneja. Fermionit jaetaan edelleen leptoneihin ja hadroneihin.

Bosonit noudattavat Bose-Einsteinin tilastoja. Useampi kuin yksi bosoni voi käyttää samaa energian tasoa ja ne ovat voimansiirtoja kuten fotoni ja W ja Z.

Fermions noudattaa Fermi-Diracin tilastoja. Vain yksi fermion voi ottaa energian tason ja ne ovat aineen hiukkasia. Leptonit ovat jakamattomia fermioneja ja hadronit koostuvat kahdesta tai useammasta sidotusta kvarkista.

Bosonin ja fermionin numerot voivat muuttua vain kahden kerran. Lataus on myös säilytettävä. Leptonin ja kvarkin numerot ovat myös säilyneet.

Fotonit ovat kevyimmin tyhjentämättömiä bosoneja ja ovat vakaita, koska mikään ei voi hajota.

Elektronin neutriinot ovat kevyimpiä lataamattomia fermioneja ja ovat stabiileja, koska mikään ei voi hajota. Ne ovat myös leptoneja.

Gluonit ovat kevyimmin veloitettuja bosoneja. Ne ovat stabiileja, koska mikään ei voi hajota.

Elektronit ovat kevyimmin ladattuja fermioneja. Ne ovat stabiileja, koska mikään ei voi hajota. Ne ovat myös leptoneja.

Pionit ovat kevyimmät hadronit, mutta koska ne koostuvat kvarkista ja antiquarkista, ne ovat erittäin epävakaita. Ne hajoavat tyypillisesti kahteen fotoniin tai elektroniin ja elektronin antineutrinoon, tai positroniin ja elektronin neutriinoon. Hiukkasten hiukkasten parin hajoaminen säilyttää leptoniluvut.

Protoni on kevyin veloitettu hadroni, jolla on kolme kvarkkia. Suojelulakit edellyttävät, että sen on oltava vakaa, eikä mitään, johon he voivat hajota.

Jotkut teoriat mahdollistavat suojelulainsäädännön rikkomisen tietyissä olosuhteissa. Tällaiset teoriat sallivat protonin hajoamisen. Jos protonin hajoaminen tapahtuu, sitä ei ole koskaan havaittu, ja puoliintumisajan on oltava hyvin pitkä.