La oss betegne protonens halveringstid med $ Y_p $ . (Det er selvfølgelig ingen eksperimentelle bevis for at $ Y_p < \ infty $ , men det er teorier som hevder det , så dette er egentlig et spørsmål om disse teoriene).
Spørsmålet er: hva er i så fall $ Y_C $ , halvparten -livet til en karbon-12-kjerne?
Et naivt svar ville være at siden $ ^ {12} C $ inneholder seks protoner, $ Y_C = \ frac {1} {6} Y_p $ .
Protoner forfaller imidlertid ikke. Quarks gjør det. Siden nøytroner er laget av så mange kvarker som protoner er, bør de forråtne til ikke-baryoner akkurat som protoner. Siden $ ^ {12} C $ inneholder tolv nukleoner, blir det $ Y_C = \ frac {1} {12} Y_p $ .
- Hva er det? $ \ frac {1} {6} Y_p $ eller $ \ frac {1} {12} Y_p $ ?
Det er en skjult antagelse i alt dette: at halveringstiden til en kvark er upåvirket av baryon eller meson den befinner seg i. På den annen side er halveringstiden til et nøytron sterkt påvirket av kjernen den befinner seg i (eller ikke «t).
- Er antagelsen om miljøuavhengighet riktig for forfallet av kvarker til leptoner?
Det er en til antagelse. Protoner og nøytroner er hver laget av to forskjellige typer kvarker.
- Gjør teoriene som gjør at kvarker forfaller til leptoner, tildeler identiske halveringstider for denne prosessen for begge opp kvarker og nedkvarker?
Svar
Halveringstider for bundet system har vanligvis ingen enkel skalering lover av den typen du har i tankene. Halveringstiden vil delvis avhenge av fasarommet som er tilgjengelig for partiklene som ble produsert, samt faktorer som har med nukleær struktur å gjøre. Dette forfallet er imidlertid en ganske høyenergiprosess. Forfall av en proton til en nøytral pion og en positron har en $ Q $ -verdi på 802,8 MeV. Fordi en 12C-kjerne har en annen bindingsenergi enn en 11B-kjerne, ville $ Q $ -verdien til forfallet være annerledes, sannsynligvis lavere i størrelsesorden noen få MeV . Men dette er ganske lite sammenlignet med åtte hundre MeV, så det ville nok hatt en liten effekt. Så jeg vil gjette at i dette eksemplet, på grunn av de forskjellige energiskalene, ville det faktum at protonen var bundet inne i en kjerne ha liten effekt på halveringstiden.
Av lignende grunner, ville jeg forvente det skal ikke være stor forskjell mellom nøytronene og protonene. Så 1/12 av protonens halveringstid er sannsynligvis et ganske rimelig estimat.