антивещество антивещества в звездах

Электроны аннигилируют с позитронами, возникающими в результате процессов синтеза в звездах. Какое взаимодействие частиц производит новые электроны, так что солнце не истощено электронов? Или что-то еще происходит вообще?

Регулярные циклы синтеза в звездах производят нейтрино и позитроны, как побочные продукты. Эти позитроны аннигилируют с электронами, которые уже находятся в плазме звезды, чтобы произвести свет, который мы в конечном итоге видим. Как заменить эти электроны?

antimatter

— Джош Билак
источник

Вы можете путать регулярное слияние (которое происходит в обычных звездах, таких как солнце) со звездами парного рождения - огромными звездами с такой высокой плотностью энергии в своих ядрах, что они самопроизвольно создают пары электрон-позитрон.

— antlersoft

— Джош Билак

Я добавил ваше пояснение в комментарии к вашему вопросу. Я не хочу удалять возможно важные значения, но я думаю, что текст должен быть сделан теперь как-то более понятным. Не стесняйтесь редактировать его, чтобы он говорил именно то, что вы хотите знать.

— Петер - Восстановить Монику

Ответы:

Протон-протонная цепь , в конечном счете преобразует четыре протона в одно ядро гелия. Заряд 4 протонов был уравновешен 4 электронами, но гелий содержит 2 протона (и 2 нейтрона), поэтому для его балансировки требуется всего 2 электрона.

Как вы указали, процесс преобразования протона в нейтрон высвобождает позитрон (и электронное нейтрино), и этот позитрон быстро аннигилирует с электроном.

Вот диаграмма с той страницы Википедии главной цепочки PP.

Таким образом, процесс на самом деле потребляет 6 протонов и испускает 2 протона, ядро гелия и 2 позитрона (плюс пару нейтрино) и пару гамма-фотонов. Позитроны аннигилируют с 2 электронами, высвобождая больше гамма-фотонов (обычно 2 или 3 за штуку, в зависимости от выравнивания спинов позитрона и электрона).

Если вы все сложите, вы увидите, что баланс электромагнитного заряда не изменился.

Мы начали с 4 протонов, которые уравновешены 4 электронами поблизости в плазме звездного ядра. (Мы можем игнорировать промежуточную пару водородов, которые в конечном итоге переизлучаются). В итоге получается ядро гелия, которому для электрического баланса нужны только 2 электрона, поэтому, если бы эти 2 электрона не были уничтожены, то звезда накопила бы избыток отрицательного заряда.

— PM 2Ring
источник

Это проясняет, как сохранение заряда не нарушается, и предоставляет больше деталей всему процессу, но если мы постоянно теряем те пары электронов, которые вы упомянули, как у звезды появляются электроны после миллиардов лет горения? возвращаются ли они в цикл от нейтрона к реакции протон / электрон / нейтрино? Если так, что вызывает это? Если нет, то происходит ли какая-то другая реакция, которая дает электроны?

— Джош Билак

@ Джош Нет, электроны, по сути, поглощаются процессом создания нейтронов. Но почему это проблема? Звезда обычно сжигает менее 50% своего первоначального запаса водорода в течение своего срока службы.

— PM 2Ring

10^{26}

$10^{26}$

Таким образом, звездный нуклеосинтез постепенно уменьшает количество электронов и протонов во Вселенной, но увеличивает количество нейтронов. Когда образуется нейтронная звезда, целая группа протонов + электронов быстро превращается в нейтроны (плюс нейтрино). В некоторых очень больших звездах гамма-лучи высокой энергии действительно создают пары электрон + позитрон, но они вскоре аннигилируют, создавая больше гамма-излучения, и этот процесс длится недолго, так как такие звезды вскоре взрываются в сверхновой с нестабильной парой , которая полностью взрывает их на части

— PM 2Ring

@JoshBilak Я думаю, дело в том, что да, звезда истощает свои электроны, но с той же скоростью, что и ее протоны; они остаются в балансе. Таким образом, нет никакой возможности закончить со звездой, "исчерпывающей" электроны; чтобы сделать это, он также должен был превратить каждый протон в нейтрон, чего, очевидно, не происходит.

— Бен

Они не заменены.

Слияние с обычными звездами означает на самом деле много процессов, в которые чаще всего вовлечены нейтрино:

$p + p \rightarrow D + \nu_e + e^+$
$T \rightarrow He_3 + \nu_e + e^+$

$e^- + e^+ \rightarrow 2 \gamma$

$c$

$\beta^+$ $\nu_e$

$n \rightarrow p + e + \nu_e$ $p \rightarrow n + \overline{\nu_e} + e^+$ $W^+$ $W^-$ $Z^0$ )). Можно сказать, что нейтроны распадаются на протоны или электроны (или наоборот), или что протоны распадаются на позитроны и нейтроны (или наоборот).

В любое время, если создается электрон, вместе с ним создается электронное антинейтрино. Важно то, что они оба остаются прежними:

число лептонов (общее количество электронов и электронных нейтрино, античастицы считают отрицательно)
и электрический заряд (электрон: -1, позитрон: +1, протон: +1, нейтрон: 0, нейтрино: 0)

Все реакции в звездах соблюдают эти законы.

Звезды Ps в основном превращают водород в более тяжелые элементы. Водород не имеет нейтронов, все более тяжелые элементы имеют (как правило, по мере того, как число протонов ядер увеличивается, вместе с ним увеличивается и отношение нейтронов). Таким образом, долгосрочная тенденция на самом деле заключается в том, что количество электронов и протонов в звездах уменьшается, а количество нейтронов растет. Ничто не заменит их. Конечным концом, который возможен только в более крупных звездах (намного больше Солнца), являются нейтронные звезды, у которых очень мало электронов (и протонов), и звезда в основном представляет собой большой нейтронный шар.

— Петер - Восстановить Монику
источник

Таким образом, электроны, уже находящиеся в звездной плазме, взаимодействуют с позитронами, возникающими в результате реакции p → n + νe + e +. Это аннигиляция в гамма-излучение не приводит к "разрушению" электронов? Если это произойдет, то электроны, изначально находившиеся в звезде из туманности, из которой она сформировалась, со временем закончатся, если какая-то другая обычная реакция в звезде не даст больше. восполняет ли их реакция n → p + ve + e? Я понимаю, что звезда не нарушает законы сохранения. Можете ли вы уточнить не то, как сохраняется заряд, а то, как реальные электроны остаются в звезде.

— Джош Билак

@JoshBilak Нет, электрон + позитрон создает два гамма-фотона. Я не объяснил эту версию в посте, но не я сделал. Да, аннигиляция разрушает электроны, но она также уничтожает такое же количество позитронов. Звездная плазма представляет собой суп из многих частиц, и аннигиляция позитронов электронами имеет очень высокую вероятность (по сравнению с другими реакциями). Таким образом, немногие созданные позитроны живут очень мало до аннигиляции (возможно, наносекунд или около того). Но важно не это, а то, что в реакциях сохраняется как полное лептонное число, так и общий электрический заряд.

— Петер - Восстановить Монику

Заряд преобразован, потому что, поскольку мы детализируем различные возможные реакции, все они, мы не можем найти ни одного, который нарушил бы сохранение заряда. То, что электроны не истощены в звезде, не будет строгим требованием. Строгое требование состоит в том, что и заряд, и число лептонов сохраняются. Электроны остаются только потому, что это единственный способ сохранить законы сохранения. Но есть исключение: у звезды есть один способ уничтожить (почти) все свои электроны: если они «соединяют» свои протоны в нейтроны. Это также разрушает (почти) все

— Петер - Восстановить Монику

протонов в нем (и создает такую огромную массу нейтрино, что мы можем обнаружить его за миллиарды световых лет). Обратите внимание, как я писал в посте, реальная реакция более сложная, только в результате получается, что электрон + протон -> нейтрон + нейтрино! Это происходит при взрывах сверхновых. В результате суп из протонов и электронов становится нейтральным шаром нейтронов. Это нейтронная звезда. Последнее, что мы увидели, произошло в 1987 году (для нас это произошло много тысячелетий назад).

— Петер - Восстановить Монику

Солнце слишком мало, чтобы стать нейтронной звездой, но более крупные звезды могут. Проблема в том, что нейтрон имеет немного большую массу, чем протон, поэтому слишком много нейтронов не любят существовать вместе в звезде. Свободный нейтрон распадается на протон + электрон + нейтрино с периодом полураспада около 20 минут, в некоторых богатых нейтронами ядрах они могут существовать дольше (например, тритий имеет 1 протон и 2 нейтрона, распадается с периодом полураспада 12 лет), но только ядерные процессы не могут создать слишком много нейтронов. Нейтронная звезда может быть создана только если есть что-то, что «сжимает» протоны

— Петер - Восстановите Монику

Я краду немного из других ответов, просто чтобы уточнить здесь. Далее следует не совсем то, как все это происходит, но следует уточнить, как электроны и позитроны сбалансированы.

Ключ к ответу находится в этой части реакции: два атома водорода становятся одним атомом водорода. Атом водорода состоит из одного электрона и одного протона и нуля или более нейтронов. Теперь на этом этапе в одном атоме водорода протон переходит в нейтрон, испускает позитрон, который, в свою очередь, может уничтожить электрон указанного атома водорода. Таким образом, получается атом водорода (с одним протоном, одним нейтроном и одним электроном) и двумя гамма-лучами.

— Туомас
источник