Stabiliteit van een proton

[Bladerunner]

Opmerking moderator

Afgesplitst van deze topic.

 
Een proton is in de natuur een extreem stabiel deeltje met een halfwaardetijd van 10²⁹ jaar. (Wat dus betekend dat elk proton dat na de oerknal ontstond en geen slachtoffer werd van gebeurtenissen zoals verdwijnen in een zwart gat nog steeds bestaat) Zelfs onder condities die je alleen in het centrum van een ster vindt (in de zon is dat 15 miljoen K en een druk van 2,5.10¹¹ bar blijft het proton heel en fuseert het zelfs van H naar He). Maar zelfs als je een proton zou 'breken' (wat dus gebeurt in de LHC) krijg je geen pure energie maar breekt het op in verschillende andere deeltjes plus energie. Dit komt o.a. omdat samengestelde deeltjes niet perse uit 3 quarks hoeven te bestaan. Dus als de drie quarks van het proton uiteen breken is de kans zeer groot dat twee van die drie een nieuw deeltje vormen. (Ik vertelde al eerder dat quarks altijd de neiging hebben naar elkaar toe te gaan en dat die sterkte juist toeneemt met een grotere afstand).
 
Massa kan nooit 100% omgezet worden in energie. Dat komt omdat de wet op behoud van energie ook geldt voor massa. Er komt dus altijd energie (fotonen dus) plus minimaal één ander deeltje vrij. De enige uitzondering hierop is als een deeltje zijn anti-deeltje ontmoet. In het geval van een elektron en het positron veranderen de twee in twee fotonen die het energie equivalent meevoeren van het elektron en positron.
 
Een muon heeft vergelijkbare eigenschappen met het elektron voor wat betreft lading en spin. Maar omdat het ruim 200 maal zwaarder is versneld het minder gauw in een magnetisch veld en vertraagd het ook minder daarna zodat een muon dieper in materie kan verdwijnen dan een elektron. Bovendien heeft het een halfwaardetijd van slechts 2,2 microseconde. Als het uiteenvalt krijg je minstens een elektron en twee neutrino's.

[Math-E-Mad-X]

Een proton is in de natuur een extreem stabiel deeltje met een halfwaardetijd van 10²⁹ jaar. (Wat dus betekend dat elk proton dat na de oerknal ontstond ... nog steeds bestaat) 

 
Dat klopt niet helemaal. Het gaat immers om een halfwaardetijd. Dus dat er voor een gegeven proton 50% kans is dat hij na 10^29 jaar is vervallen. Oftewel, als je 10^29 protonen hebt, dan heb je ongeveer 50% kans dat 1 van die protonen binnen een jaar komt te vervallen. Nu is 10^29 helemaal niet zo'n groot getal, aangezien het getal van Avogadro ongeveer 6*10^23 is. We hebben het over slechts enkele duizenden kilogrammen materie.
 
Als je gaat uitrekenen hoeveel protonen vervallen zullen zijn in het gehele (zichtbare) heelal sinds de oerknal, dan zal daar een zeer groot getal uitkomen (alhoewel dat natuurlijk nog steeds zeer klein zal zijn in vergelijking tot het totale aantal protonen in het zichtbare heelal).

[Bladerunner]

In deze link kun je lezen dat een proton stabiel is/zou zijn. Het hééft feitelijk dus helemaal geen halfwaardetijd. Maar volgens het model van 'grand unification' heeft het misschien een zeer grote halfwaardetijd (10²⁵ tot 10³⁶ word genoemd). Maar mocht er dus wel een verval zijn dan is dit in strijd met het behoud van het baryon nummer.
 
Het proton is dus stabiel en vervalt niet maar als het dat toch uiteindelijk doet dan is het heelal nu nog niet oud genoeg. (Men heeft dit dus nog niet waargenomen c.q. kunnen bewijzen) Hier nog een artikel dat uitlegt dat als een proton vervalt na dit grote aantal jaren het heelal zelf er ook niet best aan toe is.

[Math-E-Mad-X]

In deze link kun je lezen dat een proton stabiel is/zou zijn. Het hééft feitelijk dus helemaal geen halfwaardetijd. Maar volgens het model van 'grand unification' heeft het misschien een zeer grote halfwaardetijd (10²⁵ tot 10³⁶ word genoemd). Maar mocht er dus wel een verval zijn dan is dit in strijd met het behoud van het baryon nummer.
 
Het proton is dus stabiel en vervalt niet maar als het dat toch uiteindelijk doet dan is het heelal nu nog niet oud genoeg. (Men heeft dit dus nog niet waargenomen c.q. kunnen bewijzen) Hier nog een artikel dat uitlegt dat als een proton vervalt na dit grote aantal jaren het heelal zelf er ook niet best aan toe is.

 
 
Ja, ik ben het met je eens dat er verschillende theorieen zijn, en dat sommige theorieen misschien een perfect stabiel proton voorspellen, maar uiteindelijk is het of het één of het ander. Als het proton wel een halfwaardetijd heeft, binnen de aangegeven range, dan blijft mijn voorgaande post opgaan. Als het proton helemaal geen halfwaardetijd heeft (en dus perfect stabiel is) dan klopt je voorgaande post alsnog niet, want dat is niet wat je zei.

[Bladerunner]

Feitelijk klopt het gewoon wat ik zei, misschien een beetje verwarrend want ik sprak over het stabiel zijn en een halfwaardetijd tegelijk. Ik verwoorde dus de twee theorieën dus in één zin.
Het blijft een feit dat men nog nooit het verval van een proton heeft waargenomen dus wat jij zei over de kans dat er een proton vervalt binnen één jaar en hoeveel er dat inmiddels kunnen zijn klopt dus ook niet want zo als gezegd: het is nog nooit waargenomen.
Dus het proton is 100% stabiel of het heeft een dusdanig grote halfwaardetijd dat het heelal eerst extreem oud moet worden wil er genoeg tijd zijn verstreken om een proton te doen vervallen.
 
Verder heb je nog kosmische straling en sommige bronnen daarvan liggen buiten onze Melkweg. Kosmische straling bestaat vooral uit hoog energetische protonen (en in sommige gevallen misschien zelfs ijzer kernen). Het simpele feit dat deze protonen ons bereiken bewijst al dat ze miljoenen tot zelfs misschien miljarden jaren onderweg waren en dus niet vervielen. Mocht dat wel gebeuren onderweg dan zouden we dus andere deeltjes hebben gemeten als ze de atmosfeer binnenkomen en botsen met moleculen.

[Math-E-Mad-X]

 
Het blijft een feit dat men nog nooit het verval van een proton heeft waargenomen dus wat jij zei over de kans dat er een proton vervalt binnen één jaar en hoeveel er dat inmiddels kunnen zijn klopt dus ook niet want zo als gezegd: het is nog nooit waargenomen.

 
Wat ik zei heeft helemaal niets met waarnemingen te maken. Ik ging uit van een halfwaardetijd van 10^29 jaar (of dat werkelijk het geval is, is onbekend, maar dat doet niks af aan mijn berekeningen). Als protonen een die halfwaardetijd hebben dan zijn er een heleboel protonen per jaar die op aarde vervallen. Dat is een heel simpel rekensommetje. Maar dat wil nog niet zeggen dat we die protonen ook waarnemen. Het is immers relatief nog steeds een heel klein aantal, dus bijna onmogelijk om zulke vervalprocessen te meten.

[Math-E-Mad-X]

 
Dus het proton is 100% stabiel of het heeft een dusdanig grote halfwaardetijd dat het heelal eerst extreem oud moet worden wil er genoeg tijd zijn verstreken om een proton te doen vervallen.

 
Volgens mij begrijp jij het begrip "halfwaardetijd" niet helemaal goed. Als je een halfwaardetijd hebt van 10^29 jaar wil dat niet zeggen dat er minimaal 10^29 jaar moet verstrijken voor een gegeven proton vervalt.
 
Wat het wel wil zeggen is dat een proton op ieder willekeurig moment kan vervallen, echter dat deze kans zo ontzettend klein is dat na  10^29 jaar de kans nog steeds slechts 50% is dat het proton vervallen is. Er is dus nog steeds een extreem kleine kans dat het proton dit jaar vervalt, of zelfs vandaag. Dat die kans extreem klein is, wordt verder teniet gedaan door het feit dat we extreem veel protonen op aarde hebben. En daarom zijn er nog steeds ieder jaar een heleboel protonen op aarde die vervallen (onder de aanname dat 10^29 jaar correct is).
 
Nogmaals: dat we die vervallen protonen nog steeds niet gemeten hebben wil niet zeggen dat ze niet bestaan. Het geeft alleen maar aan dat ze heel moeilijk te vinden zijn, en dat is ook logisch omdat al die vervallen protonen nog steeds slechts een extreem kleine fractie van het totale aantal protonen op aarde vormen.

[Math-E-Mad-X]

Het simpele feit dat deze protonen ons bereiken bewijst al dat ze miljoenen tot zelfs misschien miljarden jaren onderweg waren en dus niet vervielen. Mocht dat wel gebeuren onderweg dan zouden we dus andere deeltjes hebben gemeten als ze de atmosfeer binnenkomen en botsen met moleculen.

 
Nee, want het feit dat sommige van die protonen vervallen wil nog niet zeggen dat we ze ook meten. Daarvoor is de fractie vervallen protonen ten opzichte van de niet-vervallen protonen veel te klein.

[Bladerunner]

"Als protonen een die halfwaardetijd hebben dan zijn er een heleboel protonen per jaar die op aarde vervallen"
 
En jij denkt dat we dat dan niet zouden merken? Een onstabiele isotoop vervalt doordat een neutron wordt omgezet in een uitgezonden proton en elektron. Dat meten we vrij gemakkelijk. Dus als er 'een heleboel' protonen op hun beurt ook zouden vervallen moet je dus ook iets meten. Maar dat doen we dus niet omdat de halfwaardetijd in ieder geval extreem groot lijkt te zijn, veel groter dan dat van een neutron.
Zou een proton op een gegeven moment kunnen vervallen dan kunnen we dat meten omdat het simpelweg een vorm van radioactiviteit zou zijn net als bij een isotoop. Het is dan simpelweg een kwestie van tijd net als het vangen van een neutrino.

[Math-E-Mad-X]

En jij denkt dat we dat dan niet zouden merken? 

 
Ja, probeer maar eens 10^29 protonen een jaar lang in de gaten te houden, en dan net die ene er uit te vissen die vervalt. Das niet zo gemakkelijk....
Verder snap ik totaal niet wat je nou eigenlijk verder wil zeggen. Het is een heel simpel rekensommetje.
 
En merk nogmaals op dat ik absoluut niet beweer dat de halfwaardetijd inderdaad 10^29 jaar is. Ik reken gewoon simpelweg uit hoeveel protonen er zouden vervallen als die aanname klopt. Als jij het niet eens bent met die berekening, dan zou ik graag zien hoe jij het beter doet.

[Bladerunner]

 
Ja, probeer maar eens 10^29 protonen een jaar lang in de gaten te houden, en dan net die ene er uit te vissen die vervalt. Das niet zo gemakkelijk....

 

Ik denk dat het verval van een (niet vrij) proton catastrofaal zal zijn (zoals je ook in enkele van mijn links kunt lezen zou het vervallen van een proton in strijd zijn met bepaalde wetten en zou het het einde van het heelal aankondigen) want terwijl in een onstabiele isotoop het verval van een neutron slechts radioactieve straling oplevert betekent het verval van een proton een drastische verandering want het aantal elektronen rond de kern klopt dan niet meer t.o.v. de protonen (en dat is per definitie niet mogelijk in een element) en ik vermoed dat het verval van slechts één proton in een bepaalde hoeveelheid materie een kettingreactie op gang kan brengen. (Niet dat ineens alle protonen vervallen maar dat er wel iets gemeten wordt dat uniek is)
Immers: Na het verval is een stabiele kern plotseling onstabiel, zijn er enkele nieuwe deeltjes vrijgekomen en is er een elektron te veel. Wie weet wat die deeltjes te samen doen in de 'compactheid' van de kwantum wereld?

[Math-E-Mad-X]

Ik denk dat het verval van een (niet vrij) proton catastrofaal zal zijn (zoals je ook in enkele van mijn links kunt lezen zou het vervallen van een proton in strijd zijn met bepaalde wetten en zou het het einde van het heelal aankondigen) want terwijl in een onstabiele isotoop het verval van een neutron slechts radioactieve straling oplevert betekent het verval van een proton een drastische verandering want het aantal elektronen rond de kern klopt dan niet meer t.o.v. de protonen (en dat is per definitie niet mogelijk in een element) en ik vermoed dat het verval van slechts één proton in een bepaalde hoeveelheid materie een kettingreactie op gang kan brengen. (Niet dat ineens alle protonen vervallen maar dat er wel iets gemeten wordt dat uniek is)
Immers: Na het verval is een stabiele kern plotseling onstabiel, zijn er enkele nieuwe deeltjes vrijgekomen en is er een elektron te veel. Wie weet wat die deeltjes te samen doen in de 'compactheid' van de kwantum wereld?

 
Kijk, ik heb niet zoveel verstand van metingen, dus misschien is het inderdaad makkelijk te meten, maar hoe dan ook: ALS de halfwaardetijd 10^29 jaar is dan leert een heel simpel rekensommetje ons dat er talloze protonen per jaar op aarde moeten vervallen. Ben je het daar mee eens of niet?
 
 
Je spreekt jezelf dus gewoon tegen. 
 
Aan de ene kant beweer je dat protonen niet vervallen, want anders zouden we dat allang gemeten moeten hebben. Maar aan de andere kant beweer je dat protonen een halfwaardetijd van 10^29 jaar zouden kunnen hebben (post #22 and post #24). Dat is rechtstreeks in tegenspraak met elkaar. 10^29 lijkt een heel groot getal, maar in vergelijking met het aantal protonen op aarde is het juist een heel klein getal, en dus zou dat betekenen dat er juist wel een heleboel protonen moeten vervallen.
 
 
Wat ik denk is dat jij een aantal verschillende theorieën hebt gelezen, en dat jij nu statements uit verschillende theorieën bij elkaar gooit, terwijl je niet door hebt dat die theorieën elkaar tegenspreken.

[DParlevliet]

Zullen we het hier bij een wetenschappelijke discussie houden voordat iemand het topic sluit vanwege gescheld? Het heeft niks met het topic en relativiteit te maken en gaat om een nog onbewezen en misschien onbewijsbare theorie. Natuurlijk is het leuk om te discussieren wat het verval van een foton voor gevolg heeft en of een lange vervaltijd detecteerbaar is, Dat hangt mede af van natuurkundige en technische zaken en kan voor wie interresse heeft in een part topic worden besproken.

[Bladerunner]

@Math-E-Mad-X"
 
Als je even de aanhef van het bericht van 09 sept 2017 - 14:04 leest dan zie je dat ik daar al iets over zegt en verklaard waarom ik schreef wat ik schreef.
 
Het proton is een stabiel deeltje en het standaardmodel voorspelt dat het niet vervalt. Dat hebben we ook nog nooit geobserveerd. En daarom hebben we het proton tegelijkertijd een minimale vervaltijd gegeven van ruim groter (±10¹⁷) dan de huidige leeftijd van het heelal. Dat het een gemiddelde is die voortkomt uit een kansberekening is bij zo'n groot getal irrelevant geworden. De kans is gewoon zo klein dat het uiteindelijk feitelijk niet vervalt.
 
Het lijkt in tegenspraak met elkaar maar dat blijkt niet uit bovenstaande link.
 
Als je een dergelijk lange verval tijd hebt berekend die zo lang is dat het heelal waarschijnlijk op weg is naar de 'big rip' dan kun je stellen dat het proton eigenlijk niet vervalt. Ook blijkt dat als een proton wel vervalt er een positron vrij komt/kan komen, dus het anti-deeltje van het elektron. Raakt dit dan een elektron dan komt er gammastraling vrij van 1 MeV. (Dat is 73,5 keer meer dan de energie om waterstof te ioniseren.) Zouden er dus een concreet aantal protonen per jaar vervallen dan zouden we dit zeer waarschijnlijk gemerkt hebben (b.v. als onverwachte straling tijdens een totaal ander experiment) want 'talloze' is nog altijd beduidend meer dan de 'handvol' neutrino's per jaar de we vangen in verschillende experimenten.
 
"dan leert een heel simpel rekensommetje ons dat er talloze protonen per jaar op aarde moeten vervallen. Ben je het daar mee eens of niet?"
 
Nee dus...

[Math-E-Mad-X]

 Ook blijkt dat als een proton wel vervalt er een positron vrij komt/kan komen, dus het anti-deeltje van het elektron. Raakt dit dan een elektron dan komt er gammastraling vrij van 1 MeV. (Dat is 73,5 keer meer dan de energie om waterstof te ioniseren.) Zouden er dus een concreet aantal protonen per jaar vervallen dan zouden we dit zeer waarschijnlijk gemerkt hebben (b.v. als onverwachte straling tijdens een totaal ander experiment) want 'talloze' is nog altijd beduidend meer dan de 'handvol' neutrino's per jaar de we vangen in verschillende experimenten.
 

 
Ja, dat kan allemaal best zo zijn, maar dan moeten we dus concluderen dat de halfwaardetijd vele ordes van grootte groter moet zijn dan 10^29 jaar.
En dat is dus waar de tegenspraak in jouw verhaal in zit.

Als je een dergelijk lange verval tijd hebt berekend die zo lang is dat het heelal waarschijnlijk op weg is naar de 'big rip' dan kun je stellen dat het proton eigenlijk niet vervalt. 

 
Nee, dat kun je niet zeggen, want het is een toevalsproces. Jij zegt nu eigenlijk dat 10^29 zo groot is dat we dat gelijk mogen stellen aan oneindig, maar dat klopt niet, want 10^29 is feitelijk juist een heel klein getal.
 
Het is net als met een loterij: als de kans om te winnen slechts 1 op de 100.000.000 is dan ben je geneigd om te zeggen dat het onmogelijk is. Maar dat gaat niet meer op wanneer je miljoenen loten koopt.

Dat het een gemiddelde is die voortkomt uit een kansberekening is bij zo'n groot getal irrelevant geworden. De kans is gewoon zo klein dat het uiteindelijk feitelijk niet vervalt.

 
Nee, dat is helemaal niet irrelevant. Jij doet net alsof er maar 1 proton bestaat in het hele heelal. Je vergeet dat je die extreem kleine kans nog moet vermenigvuldigen met het extreem grote aantal protonen op aarde.