Strona głównaPytania → Jak z neutronu otrzymać proton?

Jak z neutronu otrzymać proton?

Pytanie

Pyta Józek

1. Dotyczy przemiany neutrina w proton i elektron. Powszechnie podaje się proces, w którym dochodzi do spontanicznego rozpadu neutronu na elektron i antyneutrino (poprzez W$^-$). Możliwa jest też inna reakcja, w której neutrino z tła „zderza się” z neutronem, w wyniku czego otrzymujemy proton i elektron. Także tu spełnione jest prawo zachowania liczby leptonowej. Dlaczego tej reakcji nie wymienia się? Czy wymaga jakichś specjalnych uwarunkowań energetycznych?
2. Jak pogodzić spontaniczność rozpadu z tym, że zachodzi jako proces statystyczny? Przecież jeśli rozpady mają charakter statystyczny, zanik wykładniczy, to czynnik powodujący rozpad powinien przychodzić z zewnątrz, np. neutrina tła.

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

ad 1) Swobodny neutron ma połówkowy czas życia wynoszący około 15 minut. Produktami rozpadu są proton, elektron i antyneutrino. Możliwa jest też reakcja, w której neutrino zderza się z neutronem, a w wyniku tego powstaje proton i elektron. Dość podobny do niej jest proces, w którym antyneutrino zderza się z protonem, a wyniku tego powstaje neutron i pozyton (antyelektron). Obserwacja tej ostatniej reakcji w eksperymencie Cowana-Reinesa przeprowadzonym w roku 1956 została uznana za dowód istnienia antyneutrin, co uhonorowano nagrodą Nobla w roku 1995. Antyneutrina nie pochodziły „z tła”, lecz były emitowane przez reaktor jądrowy. Jeśli w jakimś źródle wiedzy o neutrinach nie wspomina się o takich reakcjach, to oznacza jedynie, że jest to źródło ubogie.

ad 2) Mechanika kwantowa umożliwia nam opis zjawisk statystycznych zachodzących spontanicznie i nie wywoływanych przez żadne losowe czynniki zewnętrzne. Przykładem może być emisja fotonu z atomu wodoru, który przechodzi ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego. Możemy obliczyć połówkowy czas życia stanu wzbudzonego, i statystycznie przewidzieć ilość fotonów emitowanych na jednostkę czasu przez układ wielu wzbudzonych atomów. Nie możemy jednak przewidzieć momentu, w którym konkretny atom wyemituje foton. Powstaje oczywiście pytanie, czy nie istnieją być może nieznane nam czynniki zewnętrzne, które mają wpływ na rozpady. Więcej na ten temat można przeczytać w artykule dotyczącym Twierdzenia Bella.