Ez hogy? (többi lent)

Na, végre egy klassz kérdés, ami nincs hetente ötször feltéve :)

A kérdés megválaszolásához nézzük meg, mi alkotja a protonokat, és neutronokat: mindkét részecske ún. kvarkokból áll, szám szerint háromból. A kvarkoknak fura nevük van: up, down, strange, charm, bottom, top. Ez a hatféle kvark létezik, de a nukleonokat az első kettő építi fel. A gyakorlatban a kvarkoknak csak a kezdőbetűit használjuk: a down kvarkot d kvarknak, az up kvarkot u kvarknak nevezzük.

A protont két u és egy d kvark alkotja, a neutront pedig két d és egy u kvark. Béta negatív bomlásnál (van béta pozitív is) egy neutron átalakul protonná és elektron sugárzódik ki, ahogy írtad. Az átalakulás valójában a neutron belsejében történik: a kvarkok képesek egymásba átalakulni egy közvetítő részecske, az ún W bozon segítségével. (Valójában kétféle W bozon létezik, W+ és W-, itt ez utóbbi játszik szerepet.) A neutron belsejében az egyik d kvark kibocsát egy W- bozont, és u kvarkká alakul, ezzel megtörténik a neutron átalakulása protonná. A W- bozon pedig elbomlik egy elektronra és egy antineutrínóra. Így végső soron két tömeggel rendelkező részecske is kilép a folyamatból: az elektron és az antineutrínó.

Az antineutrínóra azért van "szükség", hogy a leptonszám maradjon. Egy lepton (elektron, müon, tau, elektronneutrínó, müonneutrínó, tauneutrínó) leptonszáma +1, egy antileptoné pedig értelemszerűen -1. Mivel a folyamat elején a leptonszám nulla volt, a folyamat végén is annak kell lennie: +1 az elektron miatt, -1 az antineutrínó miatt. Ráadásul a neutrínók az energia egy részét is magukkal viszik - egyáltalán, így jöttek rá, hogy létezniük kell, ez volt az első nyom a neutrínókutatásban.

Ja igen, majdnem elfelejtettem: az elektron kilépése a töltésmegmaradást biztosítja. Az u kvark töltése +2/3, a d kvarké -1/3, így a nukleonoké:

Proton: 2/3+2/3-1/3 = +1

Neutron: 2/3-1/3-1/3 = 0

A béta negatív bomlás során a nulla töltésű neutronból +1-es töltésű proton lesz, de a nulla kezdeti töltésmérlegnek meg kell maradnia: ezt biztosítja az elektron a maga -1-es töltésével. +1-1 = 0, minden rendben van. A töltésszám is megmaradt, meg a leptonszám is, minden rendben :)

@3: természetesen. Magát a béta negatív bomlást az ún. gyenge kölcsönhatás irányítja, míg a kiváltó oka az energiaminimumra való törekedés egyféle kifejeződése: az erős kölcsönhatás által irányított magerők által létrehozott kötési energia maximalizálása. Tehát egy olyan modellre van szükségünk, ami mind az erős, mind a gyenge kölcsönhatást egyaránt leírja, esetünkben ez pedig az ún. részecskefizikai standard modell lesz. A standard modell leírja, mely magok instabilak, és hogyan bomlanak. Maga a bomlás ugyanakkor egy spontán folyamat: konkrétan olyan jellegű kiváltóoka nincs, hogy most valami megpöcögteti a neutronunkat, csupán az energiaminimumra való törekvés váltja ki ezt az átalakulást.

Az atommagban a nukleonokat az erős magerők tartják össze, a protonok (mind pozitív töltésűek lévén) pedig szét szeretnének repülni. Van egy ideális proton és neutronszám minden tömegszámra, ahol a protonok és neutronok aránya a legoptimálisabb. Energetikailag ez úgy fejeződik ki, hogy a mag kötési energiája úgy a legnagyobb. Méréssel is megmondható: annál a proton/neutron aránynál tapasztaljuk a legnagyobb tömegdefektust. Ha adott tömegszám mellett a neutronok száma növekszik, a kötési energia csökken, az atommag kedvezőtlenebb energetikai helyzetben van. Ha a kötési energia elég kicsi, azaz energetikailag elég sz@r állapotban van az atommagunk, az átalakulás spontán be fog következni, méghozzá a sz@rban levés mértékétől függő felezési idővel.

Már így is a jelenlévők 95%-ánál többet tudsz a témáról :D

Azok mondjuk még érdekes kérdések, hogy

1, miért annyi a neutron (proton) tömege amennyi,

2, miért mindegyiknek ugyanannyi (eddig nem találtak mérhető különbséget az egyes neutronok között), és

3, miért csak annyi lehet, amennyi, miért nem lehet másmennyi (soha nem bukkantak még eltérő tömegűre)?

Oké, az első kérdésre még esetleg lehet válasz egy laikus részéről, hogy mert ilyen a Világegyetemünk természete, ha mondjuk 1 gramm lenne a neutron tömege, akkor most azt kérdezném meg, hogy miért pont egy gramm. De a második két kérdésre már nem lehet így válaszolni. Ezekre a kérdésekre tudomásom szerint a mai napig nem születtek még válaszok. Pedig végeredményben "egyszerű" kérdések :)