质子衰变 而你和我也健康的存在
作者:admin 发布时间:2023-11-13 04:45:45 分类:生活 浏览:109
先说答案:质子的半衰期至少为10^35年,目前实验中并没有测量出来质子会发生衰变,只是一些超出标准模型的大统一理论允许存在违反重子数守恒的现象,才得出来质子衰变这个说法!而在我们人的一生中,哪怕只有一个质子衰变的几率也只有0.001%。
这个几率很大吗?其实并不大!我们下面就分析10^35年怎么来的?以及为啥说这个几率并不大?
人体内有多少个原子?在标准模型下任何衰变、反应都要遵守核子数守恒定律
在宇宙中所知道的一切:恒星、行星、所有你眼前能看到的、也包括我们自己都是由原子构成的。
但是和其他所有的物质一样,我们身体超过99.9%的质量是由原子核提供的。
如果进入原子内部,进入原子的核心,我们会发现原子核是由两个简单的核子组合的,也就是质子和中子。
质子和中子以数百种不同的组合形式结合在一起,它们不仅决定了一颗原子是什么类型的元素,还决定了一颗原子是否稳定。
我们每一个人体内都由10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000个原子组成(10^28)。
我们知道,有些原子具有放射性,比如铋、铀和钍,但是这些元素不论是发生α、β、γ衰变,总能保持核子数的守恒!
即使是一个不稳定的自由中子(上、下、下夸克),也会衰变为一个质子(上、上、下夸克)、电子和反电子中微子,其实也就是中子中的一个下夸克释放出了一个w玻色子,转变为了较轻的上夸克,下图可以看到。
这个过程也保持核子总数不变。
那么质子呢?
每个人体内超过10^27个原子是简单的氢原子,原子核只有一个质子。
根据物理学中的许多观点(如大统一理论,允许违反核子数守恒的理论),质子本身可以衰变!
但如果质子真的可以衰变,那它的半衰期一定很长很长,我们知道中子在15分钟左右就会衰变,而质子,它必须活得非常长。
原因就是我们这个世界依然存在。
因为人的体内有10^27个普通的质子(氢原子的原子核),这个巨大的数量告诉我们,不可能有太多的质子会发生衰变,否则我们就会自发地释放出巨大的能量!因为衰变也是质量转化能量的核反应过程!
人体的热量从那里来,简单根据人体的测算,质子的半衰期也需要数亿年
和所有恒温哺乳动物一样,人类也会不断地向外部环境释放辐射。
为了让身体保持在合适的温度下,我们需要消耗能量来弥补不断散发的辐射。
对于一个成年人来说,每秒会消耗100焦耳的能量,就像一个100w白炽灯泡一样。
假设我们人体从衰变的质子中获得100%的能量,这也限制了人体内每秒衰变的质子数,绝对不超过6000亿个质子。
根据人体内质子的数量和每秒衰变的质子数,我们就可以知道一个典型的质子衰变至少也需要数亿年。
而实际上,我们并不是从质子的衰变中获得能量的,不然我真的就成了一个核反应堆了!
我们主要通过化学能,获取高热量食物来获得能量。
每天大约需要2000卡路里的食物才能保持一个成年男性的正常体温。
(事实上,营养不良的最早症状之一就是体温下降。
)
我们怎样准确地测试质子是否会衰变,它的半衰期大致是多少?
办法其实很简单,就是将大量的质子聚集在一起,越多越好,然后在这些质子周围建立一个巨大的探测器,寻找它们衰变的迹象。
在日本的神冈,科学家建造了一个巨大的水箱,里面装了数千吨纯水,周围到处都是光子探测器。
只要任何质子发生衰变,高能量的衰变产物都会发出光信号,科学家不仅可以测量质子是否发生了衰变,还可以测量有多少质子发生了衰变。
如果拿10^32个质子做实验,然后等上一年,如果没有一个质子发生衰变,那么就说明质子的半衰期至少是10^32年!
我们要知道的是在所有的实验中都没有给出质子衰变的结果。
总的来说,根据标准模型和重子数守恒定律,科学家将一个质子的半衰期限制在至少10^35年,而我们的宇宙现在只存在了138亿年!所以这并不碍事!
事实上,根据重子数守恒的限制条件,可以说,在人的一生中,身体里一个质子衰变的几率最多也只有0.001% !这也是我们的世界如此稳定的原因!
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