原子,质子和中子,它们都是有寿命的,我们称之为衰变。
为什么会衰变,这是因为原子核中的质子和中子是靠强作用力(四大基本作用力中最强的一种)束缚在一起的,但是强作用力作用距离非常之短,所以一旦因为外部强子(质子和中子都是强子)的侵入等原因,就会发生衰变。
比如铀(U)238原子为例,它的半衰期为45亿年。
所谓半衰期,就是这里有一堆铀原子,等过了45亿年,我们再来看,已经有一半的铀原子发生了衰变,变成了铅、碘、鍀、氡等元素。
利用云室观察铀的衰变,可见释放出的α粒子和β粒子径迹。
原子的半衰期又长又短,长的像铀,短的只有几秒,几微秒。
并不是所有的原子都会衰变,如金原子,它从诞生,几乎就是永生。
衰变有三种方式:α衰变、β衰变、γ衰变,一般而言,α衰变是原子核中的中子和质子放射出来,实现衰变;β衰变则是电子跑出来,γ衰变则是高能电磁波的释放。
ATLAS 探测器模拟的希格斯粒子衰变艺术效果图。
中子也会发生β衰变,中子一旦脱离原子核,成为自由中子,那它的平均寿命只有 15 分钟,它会很快衰变为质子、电子、反中微子和光子。
原子核内中子也可以衰变,但就不那么容易了。
中子衰变。
质子也可能发生衰变,但目前来说,这还是一种理论假设。寻找质子衰变,现在是物理学上的一个重大课题,一旦发现,意义非凡。
最后是电子。科学家一般认为电子的寿命是无限长的,因为它是已知的带负电粒子中最轻的,所以通过任何能量守恒的方式进行衰变,都会违背电荷守恒定律。
所以,电子是永生的,没有寿命一说。
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