03.03 原子、质子、中子、电子等微观粒子有寿命吗?

宇宙徽尘


先说原子,原子的寿命有一个专门的名词:半衰期。它是指一类原子的原子核半数发生衰变,变成其它类原子的过程,每类原子的半衰期都不一样,具体参见下方,最长的要45亿年:

原子核的衰变方式之一:一个原子核释放一个α粒子(由两个中子和两个质子形成的氦原子核),并且转变成一个质量数减少4,核电荷数减少2的新原子核。

钋(Po)215:0.0018秒

锶(Sr)90:30年

钋(Po)216:0.16秒

铯(Cs)137:30年

铋(Bi)212:1小时

镭(Ra)226:1620年

钠(Na)24:15小时

碳(C)14:5730年

碘(I)131:8天

钚(Pu)239:24000年

磷(P)32:14天

氯(Cl)36:400000年

铁(Fe)59:90天

铀(U)235:7.1亿年

钋(Po)210:3月

钾(K)40:13亿年

钴(Co)60:5年

铀(U)238:45亿年

氚(H3):12年

中子和质子:

中子要分两种情况,一种是因为某些原因脱离原子核的自由中子,平均寿命只有差不多 15 分钟,它会很快衰变为三个更轻的粒子,即质子、电子及反中微子。

而在原子核内的中子和质子非常的稳定,特别是质子,曾有科学家认为,核内质子的寿命可以跟宇宙同龄(实验已测得的质子寿命大于10的33次方年。)

这是因为原子核的库仑力束缚着它们,它们衰变释放的能量并不足以让它们逃离(要知道,粒子越小,所受的力就越明显)。

但它们确实也是可以衰变的。如氚核中的中子可以通过衰变转化为质子。

电子:

电子是最为基本的粒子,目前还无法再分解为更小的物质。质子已经够小了,但它的质量约为电子质量的1836倍。粗略地说,粒子越小寿命就越高,所以,电子的寿命是要比质子还要长的。说跟宇宙同龄,也么错。





半單純


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。

科学重口味,好玩又有趣的科普知识,欢迎关注本姑娘!


科学重口味


如何评判一个粒子的寿命?

如今我们通常认为古希腊是科学的发源地,在古希腊有个学者叫德谟克利特,他提出了著名的原子论,他认为宇宙是由原子和虚空构成的,其中原子的定义就是不可再分的粒子。德谟克利特的“原子”其实我们现在的原子定义已经不一样了,而且他仅仅是从哲学思辨的角度来诠释。

但是德谟克利特其实给我们提供了一个很重要的思路,构成物质的基本单位其实可以从可不可再分来切入。“原子、质子、中子、电子等粒子”是不是存在着寿命,其实也是遵循着这条规律。我们都知道,原子是由电子和原子核构成的,其中电子已经不可再分了,而原子核又是由质子和中子构成,质子和中子并非是不可再分的,而是可以继续往下分,还能再分为夸克。

按照目前的理论来看,夸克和电子已经是不可再分的。因此,科学家下了这么一个定义,他们把像夸克、电子这一类粒子称为基本粒子,是不可再分的。其中包括夸克家族和轻子家族,轻子家族有电子、μ子、τ子和中微子。

而粒子物理标准模型中的光子、Z玻色子、W玻色子、胶子亿希格斯玻色子,实际上是传递作用的,是基本粒子的粘合剂,正是有了它们才能够成粒子。

基本粒子的寿命

通过这样的方式,我们把原子、原子核、质子、中子和夸克家族、轻子家族的粒子区分开。那我们就先来说说基本粒子的寿命。按照目前的理论,它们都是没有寿命的,或者我们可以理解成它们宇宙同生同灭,宇宙的寿命就是这些基本粒子的寿命。

就拿夸克来说,夸克是被强相互作用束缚在质子或者中子内的。强相互作用的机制和我们熟悉的引力正好相反。一定的尺度内,强力随着夸克之间距离的增大而增大,所以夸克就被束缚在了一定的范围之内,夸克就好像被关了禁闭一样。

原子和原子核

除了基本粒子,其他的粒子理论上应该都是有寿命的,这里要强调一下,理论上是有的。我们用半衰期来描述这些粒子的寿命,意思是如果你有一坨同一类的粒子,一般的粒子发生了衰变所需要的时间就是半衰期。

科学家发现,原子序数高于铁元素的原子都有裂变的趋势,也就是变成两个更小的原子核。当然,不同的原子的半衰期其实是不同的。

在军事方面所使用的原子弹,其实就是利用到了这一点,用一个中子去撞击U235,使其裂变成两个更小的原子核,整个过程丢失一部分质量,这部分质量以能量的形式释放出来。

我们比较常见的衰变其实有三种,分别是α衰变,β衰变,γ衰变。

前两种衰变都属于原子核层面的衰变,前者释放出一个氦原子核,后者释放出一个电子。而一般都会伴随着γ射线,这是放出一定的能量让自己稳定。所以,原子和原子核应该结合起来看,原子的衰变本质上就是原子核的衰变,所以,它们都是有寿命的。

质子和中子

质子和中子的情况要稍微复杂一点。它们到底会不会衰变,实际上和它们所处的环境有很大的关系,就拿中子来说,如果不是被束缚在原子核内,那这个自由中子大概平均15分钟就会发生衰变。

但如果是束缚在原子核内的中子,就不太容易发生衰变。但并不是不衰变,只是很少会发生,发生的也是β衰变,上文已经提到了,这里就不赘述了。

同样的,没有被束缚在原子核的质子也容易发生衰变。但是,质子有个很奇怪的现象,那就是束缚在原子核内的质子至今也没有发生一例衰变的现象。因此,我们不知道质子在原子核中有没有半衰期,或者半衰期是多少。相关的假说也有很多,但并没有得到实验证实。所以,质子在原子核内的半衰期其实是一个谜,照现在的形式来看,如果我们的理论物理学没有大幅度的突破,那这个谜可能永远都解不开。

总结

最后,我们来总结一下,我们可以把粒子分为基本粒子和非基本粒子。

基本粒子没有寿命,和宇宙同生同灭。非基本粒子中,原子和原子核的寿命其实是一回事,是有寿命的。没有束缚在原子核内的中子和质子都会发生衰变,也就是都有寿命。而被束缚在原子核内的中子也有寿命,但要远比只有的中子长得多,至于束缚在原子核的质子的寿命目前还只是一个谜。


钟铭聊科学


前面的专业人士回答都犯了一个相同的错误,这里指出来,请不要生气。原子、质子、中子和电子等微观粒子的寿命仅仅在一刹那之间。

为什么?

人的生命是一个粗大的过程(宏观过程),其死亡是按照粗大的相续来判断,如几十年乃至上百年,期间身体如何产生长高、生病等变化,或者肌体如何新陈代谢,都不在考虑范围。只要这个人还在显现,没有消亡,就还活着。但是,只要仔细观察,人从婴儿到老年,身体早就发生了天翻地覆的变化,身体的细胞生生灭灭的次数已经多得无法计算,身体状况也是几经变迁,不仅身体,思想和学识等同样如此,您能够在老年人身上还能够找到他在婴儿时的一丝一毫的知识(一般婴儿也没有什么知识)和思想吗?绝对不可能。但是,我们还是认为前后是一个人,这就是将粗相续的显现错误的执为前后是一个不变的“我”存在,实际观察得出的结论是身体的细胞发生了难以计数的新陈代谢变化(新陈代谢就是身体细胞死亡和新生的过程),思想的生灭也是无法计数。

回到原子、质子、中子和电子等微观粒子来,它们是极细微的物质,观察其寿命也需要看其细微变化或者生灭。其实它们是刹那就已经灭掉,后面显现的原子等是前面显现原子的同类相续,前后并不是一个。原子等高速运动和生灭是基本常识,如果没有后面新的原子核等持续产生,核电站的巨大能量就无法产生。所以,所谓衰变期只是指同类相续显现无法持续的一个过程,并不是一个原子等的存活过程。

综上所述,原子、质子、中子和电子等微观粒子的寿命只是一刹那。


心智之道


有。《摊煎饼出宇宙理论》指出:老天爷用食指轻轻一划摊了个煎饼宇宙。就连宇宙都有寿命,宇宙内的物质包括电子质子中子都有寿命。


摊煎饼出宇宙


粒子的衰变基于一些守恒定律,以及他们的内部结构。原子,质子,中子都是有结构的,他们衰变与否是取决于其内部结构。


你在听吗86


有寿命,据说,明天起,所有的原子,质子,中子,电子,全部都死光光。

物理,化学等以分子原子论为基础的学科,将不复存在,兴盛一时的高能物理烟消云散。

原子弹氢弹,核电站都无法运作,听说要拆掉,附近的废品站准备去砸钢筋水泥,取钢条卖呢,你还不走快点!


青山不掩


全都有寿命呀,若哪个人说这一堆子没寿命=肯定是骗你了.


宇宙时空联盟


人类对微粒子的研究与发现才一百余年,现在还不知道其寿命长短,故本问题无答案!



用户创维


有啊,有衰减期。


分享到:


相關文章: