Strona głównaPytania → Dlaczego neutron posiada spin 1/2?

Dlaczego neutron posiada spin 1/2?

Pytanie

Pyta Ada

Dlaczego neutron posiada spin 1/2, skoro składa się z elektronu i protonu również posiadających spin 1/2; czy spiny fermionów tworzących neutron nie powinny się sumować?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Neutron nie składa się z elektronu i protonu. Prawdą jest jedynie, że swobodny neutron rozpada się (średnio po kilkunastu minutach) na proton, elektron i antyneutrino elektronowe. Każda z trzech cząstek będących produktami rozpadu neutronu ma spin 1/2.

Powyżej opisany rozpad nie oznacza, że w neutron składa się z w/w trzech cząstek. Zarówno neutron jak i proton składają się z kwarków i gluonów. Przy rozpadzie neutronu jeden kwark zmienia swój typ (z „dolnego” na „górny”), a jednocześnie kreowana jest para elektron-(antyneutrino elektronowe).

Przy rozpadach cząstek nie obowiązuje zasada zachowania sumy całkowitych spinów. Jeśli jednak stan początkowy ma określony rzut spinu na pewną oś, to taki sam sumaryczny rzut spinu na tę oś będą miały cząstki w stanie końcowym. Dla cząstek o spinie 1/2 rzuty spinów na dowolną oś mogą wynosić tylko +1/2 lub -1/2. Wynika stąd, że fermion o spinie 1/2 nie może się rozpaść na parzystą ilość fermionów o spinie 1/2, gdyż parzysta ilość liczb o module 1/2 nie może się zsumować do liczby o module 1/2. W przypadku rozpadu neutronu ilość fermionów w stanie końcowym wynosi 3, czyli jest nieparzysta.