pemusnahan antimateri di bintang-bintang

Elektron dimusnahkan dengan positron yang dihasilkan melalui proses fusi dalam bintang. Interaksi partikel mana yang menghasilkan elektron baru sehingga matahari tidak kehabisan elektron? Atau ada hal lain yang terjadi sama sekali?

Siklus fusi reguler dalam bintang menghasilkan neutrino dan positron sebagai produk samping. Positron tersebut dimusnahkan dengan elektron yang sudah ada di plasma bintang untuk menghasilkan cahaya yang akhirnya kita lihat. Bagaimana elektron-elektron itu diganti?

antimatter Josh Bilak
sumber

Anda mungkin membingungkan fusi reguler (yang terjadi pada bintang biasa seperti matahari) dengan bintang berpasangan - bintang besar dengan kerapatan energi yang begitu tinggi dalam inti mereka sehingga mereka secara spontan menghasilkan pasangan elektron-positron.

antlersoft

Josh Bilak

Saya memasukkan klarifikasi Anda dalam komentar ke pertanyaan Anda. Saya tidak ingin menghapus makna yang mungkin penting, tetapi saya pikir teksnya harus dibuat sekarang entah bagaimana lebih jelas. Jangan ragu untuk mengeditnya, untuk membuatnya mengatakan dengan tepat apa yang ingin Anda ketahui.

peterh

Jawaban:

The rantai proton-proton pada akhirnya mengubah empat proton menjadi satu inti helium. Muatan dari 4 proton diseimbangkan oleh 4 elektron, tetapi helium mengandung 2 proton (dan 2 neutron), sehingga hanya perlu 2 elektron untuk diseimbangkan.

Seperti yang Anda tunjukkan, proses konversi proton ke neutron melepaskan positron (dan elektron neutrino), dan positron itu cepat musnah dengan elektron.

Berikut diagram dari halaman Wikipedia dari rantai pp utama.

Jadi proses sebenarnya mengkonsumsi 6 proton, dan memancarkan 2 proton, inti helium, dan 2 positron (ditambah beberapa neutrino), dan beberapa foton gamma. Positron dimusnahkan dengan 2 elektron, melepaskan lebih banyak foton gamma (biasanya 2 atau 3 masing-masing, tergantung pada penyelarasan spin dari positron & elektron).

Jika Anda menambahkan semuanya, Anda akan melihat bahwa saldo muatan elektromagnetik tidak berubah.

Kami mulai dengan 4 proton, yang diimbangi oleh 4 elektron di dekat plasma inti bintang. (Kita dapat mengabaikan pasangan perantara hidrogen yang akhirnya dipancarkan kembali). Kita berakhir dengan inti helium yang hanya membutuhkan 2 elektron agar seimbang secara elektrik, jadi jika 2 elektron lainnya tidak dimusnahkan maka bintang akan membangun kelebihan muatan negatif.

PM 2Ring
sumber

Itu mengklarifikasi bagaimana konservasi muatan tidak dilanggar dan memberikan lebih banyak detail untuk keseluruhan proses, tetapi jika kita terus-menerus kehilangan pasangan elektron yang Anda sebutkan, bagaimana bintang memiliki elektron setelah miliaran tahun terbakar? apakah mereka dibawa kembali ke siklus dari neutron ke reaksi proton / elektron / neutrino? Jika demikian, apa yang memicu ini? Jika tidak, adakah reaksi lain yang terjadi yang menghasilkan elektron?

Josh Bilak

@ Ya Tidak, elektron pada dasarnya dikonsumsi oleh proses pembuatan neutron. Tapi mengapa itu menjadi masalah? Sebuah bintang umumnya membakar kurang dari 50% pasokan hidrogen semula selama masa hidupnya.

PM 2Ring

10^{26}

$10^{26}$

Jadi nukleosintesis bintang secara bertahap mengurangi jumlah elektron & proton di alam semesta, tetapi meningkatkan jumlah neutron. Ketika bintang neutron terbentuk, sejumlah besar proton + elektron dengan cepat dikonversi menjadi neutron (plus neutrino). Dalam beberapa bintang yang sangat besar, sinar gamma berenergi tinggi menciptakan pasangan elektron + positron, tetapi mereka segera memusnahkan, menciptakan lebih banyak gammas, dan proses itu tidak berlangsung lama, karena bintang seperti itu segera meledak dalam supernova ketidakstabilan pasangan , yang benar-benar hancurkan mereka.

PM 2Ring

@ JoshBilak Saya pikir intinya adalah ya bintang itu menghabiskan elektronnya, tetapi pada tingkat yang sama persis bahwa itu menghabiskan protonnya; mereka tetap seimbang. Jadi tidak ada kemungkinan berakhir dengan bintang "kehabisan" elektron; untuk melakukannya, ia juga harus mengubah setiap proton menjadi neutron, yang jelas tidak terjadi.

Ben

Mereka tidak diganti.

Fusi dalam bintang biasa berarti sebenarnya banyak proses, neutrino terlibat paling umum dalam hal ini:

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

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

$c$

$\beta^+$ $\nu_e$

$n \rightarrow p + e + \nu_e$ $p \rightarrow n + \overline{\nu_e} + e^+$ $W^+$ $W^-$ $Z^0$

Kapan saja jika sebuah elektron dibuat, juga sebuah elektron antineutrino dibuat dengannya. Yang penting, keduanya tetap sama:

yang nomor lepton (jumlah total elektron dan neutrino elektron, antipartikel menghitung negatif)
dan muatan listrik (elektron: -1, positron: +1, proton: +1, neutron: 0, neutrino: 0)

Semua reaksi dalam bintang mematuhi hukum-hukum ini.

Bintang-bintang ps sebagian besar menggabungkan hidrogen ke unsur yang lebih berat. Hidrogen tidak memiliki neutron, semua unsur yang lebih berat memiliki (biasanya, ketika jumlah proton inti tumbuh, juga rasio neutron tumbuh dengannya). Dengan demikian, kecenderungan jangka panjang benar-benar bahwa jumlah elektron dan proton menurun di bintang-bintang, sementara jumlah neutron bertambah. Tidak ada yang menggantikan mereka. Ujung pamungkas, yang hanya mungkin terjadi pada bintang-bintang yang lebih besar (jauh lebih besar dari Matahari) adalah bintang-bintang neutron, yang hanya memiliki sedikit elektron (dan proton), dan bintang tersebut sebagian besar adalah bola neutron besar.

peterh - Pasang kembali Monica
sumber

Jadi, elektron yang sudah ada dalam plasma bintang berinteraksi dengan positron yang berasal dari reaksi p → n + νe + e +. Penghancuran radiasi gamma ini tidak menyebabkan elektron menjadi "dihancurkan?" Jika ya, maka elektron yang semula di bintang dari nebula yang terbentuk akan habis pada akhirnya jika beberapa reaksi umum lainnya dalam bintang tidak memberikan lebih. Apakah reaksi n → p + ve + e melengkapi mereka? Saya mengerti bahwa bintang itu tidak melanggar hukum konservasi. Bisakah Anda mengklarifikasi, bukan bagaimana muatan dikonservasi, tetapi bagaimana elektron sebenarnya tetap di bintang.

Josh Bilak

@JoshBilak Tidak, electron + positron membuat dua foton gamma. Saya tidak menjelaskan versi ini di posting, tetapi tidak saya lakukan. Ya, pemusnahan menghancurkan elektron, tetapi juga menghancurkan jumlah positron yang sama. Plasma bintang adalah sup dari banyak partikel, dan pemusnahan positron dengan elektron memiliki probabilitas yang sangat tinggi (dibandingkan dengan reaksi lainnya). Dengan demikian, beberapa positron yang dibuat hanya hidup sangat sedikit sebelum pemusnahan (mungkin nanodetik atau lebih). Tapi bukan ini yang penting, tetapi baik jumlah lepton total dan muatan listrik total dipertahankan dalam reaksi.

peterh

Tuduhan terkonversi karena ketika kami merinci berbagai reaksi yang mungkin terjadi, semuanya, kami tidak dapat menemukan satu pun yang akan melanggar konservasi muatan. Bahwa elektron tidak habis di bintang, tidak akan menjadi persyaratan yang ketat. Persyaratan ketatnya adalah agar muatan dan nomor lepton dilestarikan. Elektron tetap hanya karena itu satu-satunya cara mereka menjaga hukum konservasi. Tetapi ada pengecualian: ada satu cara bagi bintang untuk menghancurkan (hampir) semua elektronnya: jika mereka "menggabungkan" protonnya menjadi neutron. Ini juga menghancurkan (hampir) semua

peterh - Reinstate Monica

proton di dalamnya (dan menciptakan sejumlah besar neutrino sehingga kita dapat mendeteksinya miliaran tahun cahaya lagi). Catatan, seperti yang saya tulis di posting, reaksi sebenarnya lebih kompleks, hanya hasil bersihnya adalah elektron + proton -> neutron + neutrino! Ini terjadi dalam ledakan supernova. Hasilnya adalah sup proton dan elektron menjadi bola netral neutron. Itu adalah bintang neutron. Yang terakhir yang bisa kita lihat terjadi pada 1987 (bagi kita, sebenarnya itu terjadi ribuan tahun yang lalu).

peterh

Matahari terlalu kecil untuk menjadi bintang neutron, tetapi bintang yang lebih besar bisa. Masalahnya adalah bahwa neutron memiliki massa yang sedikit lebih besar daripada proton, sehingga terlalu banyak neutron yang tidak suka hidup bersama di bintang. Neutron bebas meluruh menjadi proton + elektron + neutrino dengan sekitar 20 menit waktu paruh, pada beberapa nuklei kaya neutron, mereka dapat hidup lebih lama (misalnya, tritium memiliki 1 proton dan 2 neutron, meluruh dengan 12 tahun waktu paruh), tetapi hanya proses nuklir tidak dapat membuat terlalu banyak neutron. Bintang neutron hanya dapat diciptakan jika ada sesuatu yang "menekan" proton

peterh - Reinstate Monica

Saya mencuri sedikit dari jawaban lain, hanya untuk memperjelas poin di sini. Berikut ini tidak persis bagaimana semuanya terjadi, tetapi harus menjelaskan bagaimana elektron dan positron seimbang.

Kunci jawabannya ada di bagian reaksi ini: dua atom hidrogen menjadi satu atom hidrogen. Atom hidrogen terbuat dari satu elektron dan satu proton dan nol atau lebih neutron. Sekarang dalam langkah ini, dalam satu proton atom hidrogen membalik ke dalam neutron, memancarkan positron, yang pada gilirannya dapat memusnahkan elektron atom hidrogen tersebut. Dengan demikian menghasilkan atom hidrogen (dengan satu proton dan satu neutron dan satu elektron) dan dua sinar gamma.

tuoma
sumber