质子和电子可以结合成中子。这是否意味着中子的质量是两者质量的总和,或者是通过其他粒子的发射/吸收而获得或失去的质量?

时间:2020-06-23 09:05:44   作者:
让我通过费曼图向你展示这个过程是如何工作的(还有其他变体,但本质上都是一样的):

质子和电子可以结合成中子。这是否意味着中子的质量是两者质量的总和,或者是通过其他粒子的发射/吸收而获得或失去的质量?

在这幅图中,时间是从下到上。质子由三个夸克组成。一个上夸克可以通过W玻色子的交换与电子相互作用。这个过程把上夸克变成下夸克(因此把质子变成中子),同时把电子变成电子中微子。(我们可以说,质子“吃掉”了电子的电荷,而把电子以电中性电子中微子的形式留下了。)

事实上,中子比质子重;然而,两者的质量差大约是电子质量的2.5倍。这种差异来自于上下夸克的质量差异以及束缚能的差异。

然而,在这个过程中交换的W玻色子比质子或中子重80多倍。这么多的能量通常是不可用的。它可以从真空中“借来”,但并不容易。这就是为什么中子尽管具有过多的质能,却不容易衰变为质子的原因。它会衰变,但平均来说,一个自由中子需要10分钟。当这种情况发生时,同样的过程反过来发生:一种看待它的方式是,中子分裂成质子、电子和反电子中微子。
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