Um dia, nossa vida vai chegar a um fim, nossas vidas se tornará azul não habitáveis planeta, e até mesmo o sol, a Via Láctea irá eventualmente destruir. Aqueles que nós consideramos a existência eterna, todos têm seu próprio ciclo de vida. No entanto, todas as partículas que constituem - próton Pois, se a vida é limitada?

Em 1919, quando Rutherford anunciou a descoberta do próton, as únicas pessoas conhecer a composição básica de partículas única eletrônico .

Naquele tempo, os físicos compreensão do próton é um próton impossível Ele não viola conservação de carga Decay ocorre no caso. Dez anos mais tarde, Hermann Will (Hermann Weyl) Para explicar a estabilidade de uma substância, o proposto Princípio da conservação da quantidade de bárions . Em 1932 constatada nêutron E protões pertencem à sub-pesado, o seu peso é o número de sub um número bárion mesmos antiparticle -1, número bárion de electrões é zero. Por exemplo, neutrões pode decair para um protão, um electrão e um número neutrino anti-total de sub-peso no processo é constante.

neutrões no núcleo é muito estável, mas o decaimento de neutrões livre ocorre em cerca de 15 minutos, o número de peso antes e após o decaimento criança são um. No momento, não encontramos evidência de prótons irá decair. Bem, eletrônico? De acordo com a conservação de energia e conservação de carga, o electrão não pode nunca ser existência estável: No que diz respeito conhecido, não há baixa qualidade partículas carregadas negativamente estão presentes.

Se o peso de um número de número de sub-quântica é absolutamente conservado, os prótons como o peso mais leve de uma criança, é absolutamente estável. Mesmo após a descoberta de positrões (a versão antimatéria do electrão), é mesões e mesões ¸ que são mais leves do que as partículas de protões têm ainda não foi encontrado qualquer razão para duvidar da estabilidade do protão.

físico Maurice Goldhaber disse uma vez , Se o tempo de vida de protões de menos do que 10 16 Anos, então nós deve sentir-se a partir de seus ossos, porque os nossos corpos terá um radioativa letal . 10 16 Isso é 1 seguido de 160, para comparação, a idade do universo apenas 138 milhões de anos, que é cerca de 1 seguiu atrás 100.

Em 1954, Goldhaber de sua estimativa anterior foi melhorada. Ele acredita que, se eles perdem a vontade de fazer um núcleo nuclear em um estado animado, o que pode levar a fissão, ele 232 Th vida ligada nuclear calculada para obter o resultado de mais de 10 20 Anos. posteriormente, Georgy Flerov Este número será brevemente alargado a mais de 3 × 10 23 Anos.

Goldhaber e também Fred Reines e Clyde Cowan Cooperação, para testar a possibilidade de observação direta de decaimento do próton. Seus experimento 500 litros, compreendendo um líquido fluorescente, o líquido está rodeado por um tubo fotomultiplicador 90 circundante (PMT), este dispositivo foi originalmente concebido para detectar o reactor neutrino. Mas eles não encontraram nenhum sinal, sugerindo que os prótons livres (prótons não estão vinculados por aqueles dentro do núcleo) a vida deve ser melhor do que 10 21 Anos mais tempo, ea vida nucleon ligada deve ser superior a 10 22 Anos. Em 1974, em um experimento de raios cósmicos com 20 toneladas de líquido fluorescente, Reines e seus colegas será empurrado para o tempo de vida de prótons de 10 30 Mais anos.

Ao mesmo tempo, em 1966, Andrei Sakharov Fizemos alguns podem ser observadas no universo Partícula - antipartícula assimetria Condições (esta assimetria é uma parte importante do universo moderna, é a principal força motriz planetas, estrelas e galáxias como a formação da estrutura). Um deles é apenas baryon conservação número aproximado , Mas pode ser violada (os outros dois são compensados uma condição de equilíbrio térmico, e a existência de danos simetria C e CP interacções simétricas) na fase precoce da expansão do universo. conservação de energia interação de baryon número violação o decaimento do próton pode ocorrer, mas feito por um próton vida Sakharov pode ser superior a 10 50 Em tal resultado, o número de físicos experimentais vai fazer um pouco desanimado.

Mas, nos anos depois de 1974, as coisas começaram a virar. Naquele tempo, os físicos propuseram grande teoria unificada (GUT), não é apenas para unificar força nuclear forte , A força nuclear fraca , força eletromagnética (Não inclui a gravidade é porque ainda não desenvolveu uma teoria da gravidade quântica), mas também os quarks e léptons intimamente ligados. Permitir que o número de sub GUT não conservada. especialmente Howard Georgi e Sheldon Glashow (5) modelo mínimo SU prevê, em 10 31 ± 1 No intervalo de tempo, de pósitrons decadência em prótons e mésons neutro (p e + 0 ), O que pode ser observado com um limite inferior de 10 30 Em não muito diferença.

protões (protões) de decaimento em positrões (positrões) e mesões neutro (), definhar imediatamente em dois fotões (gama). | Fonte:

Veja aqui, você certamente já em dúvida, apenas a idade do universo 13,8 bilhões de anos, enquanto a expectativa de vida de até 10 prótons 30 Anos, então como é possível em nossa medição de vida de decaimento do próton para ele? Na verdade, não precisamos esperar por um específico, prótons selecionados decair. 10 30 estimativas de prótons representam ano Meia-vida : Quaisquer amostras de substâncias são susceptíveis de ter metade do tempo o decaimento do próton. Portanto, a chave é olhar para o decaimento do próton precisaria reunir um grande número de prótons, o que aumentará nossas chances de detectar o decaimento do próton.

O modelo de Howard e Sheldon com os físicos experimentais continuam a olhar para a motivação. Por volta de 1981, 7 está montado em tais experiências no subsolo, que quer utilizar um plenamente activos detectores de Cerenkov água, ou utilizado para monitorizar a amostra calorímetro grande número de protões. detector de IMB e o Super-Kamiokande neutrino experimento detecção é encontrar importante decaimento experimental de protões. No entanto, estes experimentos será o limite inferior da vida de prótons aumentou para 10 32 Anos, reduz a viabilidade mínimo da teoria da SU (5) grande especificação unificada.

Em 1987, IMB e Kamiokande II devido à detecção da libertação a partir da Supernova neutrinos SN1987a fama. Kamiokande II já no estudo dos neutrinos solares e neutrinos atmosféricos, mas seu sucessor - Super-Kamiokande neutrino oscilação da atmosfera e do sol foi inovadora observação. Atualmente, o Super-Kamiokande de decaimento do próton em e + 0 O limite de tempo máximo é fornecido: 1.6 x 10 34 Anos.

DUNE Um dos objetivos é procurar sinais de decadência prótons, que possa revelar a substância da relação entre estabilidade e a força unificada. | Fonte: DUNE

Agora, a teoria do desenvolvimento da grande teoria unificada continua a melhorar alguns dos prótons foram modelos teóricos para a vida 10 36 Anos ou mais. Futuras experiências em larga escala, tais como dunas, Hyper-K e JUNO, à procura de decaimento do próton considerado como um dos objetivos, é possível a expectativa de vida aumento para 10 prótons 35 Anos. O decaimento do próton acontecer? Ou podemos responder a esta pergunta? Esperamos que futuros experimentos pode trazer para nós, pelo menos uma pista.

Fonte de referência:

https://cerncourier.com/the-pursuit-of-proton-decay/