Распад свободного протона

В учебниках приводится вероятная схема распада свободного протона на позитрон и нейтральный пион:
p=e(+)+п(0)=e(+)+2g

Вероятная, т.к. распад свободного протона, несмотря на все старания, не зафиксирован до сих пор.

ДВ10-29-1: Почему вероятной схемой распада свободного протона считается p=e(+)+п(0), где сумма масс частиц, на которые распадается протон, меньше его массы? Ведь, как показывает опыт, в этом случае распад протона должен произойти самопроизвольно и за достаточно короткое время.

Так, к примеру, порядок времени распада заряженного каона (масса 497 МэВ) на электрон и нейтральный пион - 10^-8 секунд. А D-мезон (масса 1869 МэВ) распадается таким же образом за 10^-12 секунд.

Стабильность протона еще можно как-то понять, если сумма масс частиц, на которые он распадается, будет больше его массы. Как в случае стабильных ядер.
Тогда для распада протона потребуется дополнительная энергия, например g-кванта. Причем энергия этого g-кванта не должна превышать энергию массы покоя протона, т.к. энергия связи не может быть больше энергии покоя.

Однако, поглощение протоном g-кванта приводит к реакции g+р=n+п(+), которую распадом протона назвать никак нельзя, т.к. в последующем распаде нейтрона опять появляется протон.
При столкновении двух протонов любых энергий, распад протона вроде бы также не наблюдался.

ДВ10-29-2: Могут ли при столкновении протонов определенной энергии рождаться только п(+) и п(0), без п(-). Или с числом п(-) меньшим, чем п(+)?

А центробежная сила способна разорвать протон на заряженную и нейтральную частицу?

ДВ10-29-3: Наблюдалось ли деление ядер в ускорителе под действием центробежной силы? Например, ядер дейтрона или стабильного изотопа свинца.
Можно ли на ускорителе разорвать протон?

Обратным процессом для распада является синтез.

ДВ10-29-4: Наблюдался ли синтез протонов при столкновениях мезонов и лептонов? Т.е. когда в таких столкновениях появлялись только протоны, без парных антипротонов?


Распад протона в ядре

Такая исключительная стабильность свободного протона дает повод усомниться в возможности распада протона в ядре, в процессе позитронного В-распада.
К тому же, как отмечалась ранее, если античастица протона может появиться на свет исключительно в паре с протоном, то позитрону, античастице электрона, для рождения в В-распаде, пары почему-то не требуется.
Да и протонов при таких внутриядерных "распадах" не становится меньше – вместо протона появляется нейтрон, который при распаде опять же дает протон.

ДВ10-29: Почему распад протона может происходить только в ядре, при позитронном В-распаде, а в свободном состоянии протон не распадается ни самопроизвольно, ни с дополнительной энергией?

Впрочем, для объяснения позитронного В-распада можно обойтись и без распада протона, если предположить, что при столкновении двух ядерных протонов может получиться пара электрон-позитрон. Электрон захватывается протоном, образуя нейтрон, а позитрон вылетает из ядра.
Однако, по словам Игоря Иванова, рождение пары электрон-позитрон при столкновении протонов невозможно без того, чтобы не появились другие частицы.
Т.е. реакция p+p=p+p+e(-)+e(+) нарушает какие-то законы.
Но ведь существует реакция образования дейтерия p+p=d+e(+), которую можно трактовать как рождение пары электрон-позитрон при столкновении протонов, образование нейтрона из протона и электрона, а затем объединение этого нейтрона с оставшимся протоном в ядро дейтерия.

Или при столкновении ядерных протонов сначала рождается g-квант, который затем сталкивается с протоном с образованием пары электрон-позитрон.

ДВ10-29-5: Возможна ли реакция g+р=n+e(+) для свободного протона? Интересно также, каким образом взаимодействуют свободные нейтроны с позитронами.

Как вариант, рождение пары электрон-позитрон может происходить и при ударе о ядро электрона из оболочки.
Здесь уместно напомнить вопрос ДВ9-1 о том, что излучение фотона при переходе электрона с высокой орбиты на более низкую возможно происходит через столкновение этого электрона с ядром.
Может электронный захват, который часто сопровождается гамма-излучением, и позитронный распад, для ядер с электронной оболочкой, имеют одну и ту же природу? Если при электронном захвате орбитальный электрон поглощается протоном, то при позитронном распаде орбитальный электрон при столкновении с ядром рождает пару электрон-позитрон и возвращается на орбиту. Электрон из пары поглощается протоном, а позитрон вылетает из ядра.

ДВ10-29-6: Можно ли объяснить позитронный В-распад рождением в ядре пары электрон-позитрон, захватом протоном электрона из этой пары, с образованием нейтрона, и вылетом из ядра позитрона?


Так распадается ли протон?

Но если протон не распадается ни в свободном состоянии, ни в связанном (в ядре при В-распаде), тогда может протон вообще не распадается?

Возможно. Однако, существует факт, который говорит об обратном - аннигиляция медленных протона и антипротона, когда распадаются обе частицы. Причем не на g-кванты (поле), а на пионы (вещество).

К тому же распад протона с образованием позитрона позволяет решить две проблемы:
1. Проблему равенства заряда частиц с разной массой – электрона и протона.
2. Проблему исчезнувшей антиматерии. Недостающие античастицы электронов из электронных оболочек атома находятся в ядре, причем в соответствующем количестве, т.к. их число соответствует числу протонов. Остальные античастицы появляются только парами, вместе с соответствующими частицами.
Остается только объяснить, почему при образовании вселенной атомы оказались состоящими из позитронных ядер и электронных оболочек, а не наоборот :). Возможно, изучение антиатомов позволит ответить на этот вопрос.

Объяснения также требует невероятная сопротивляемость распаду свободного протона. И это притом, что существует множество заряженных частиц (небарионов), у которых масса больше массы протона, но ни одна из которых не является стабильной.


P.S. Уточнение вопроса предыдущего раздела темы об элементарных частицах.

ДВ10-15-1: При распаде остановившегося каона на три заряженных пиона, энергия всех пионов имеет одно и то же значение? При каждом распаде покоящегося каона, значение энергии пионов остается тем же (углы разлета пионов всегда равны 120 градусам) или каждый раз меняется?
Аналогично, отличаются ли значения энергии пионов при каждом распаде каона на два заряженных и один нейтральный пионы?

ДВ10-15-2: Проводилось ли изучение мюонного распада каона не в веществе (фотоэмульсия), а в вакууме? Совпадает ли в вакууме направление движения мюона с направлением движения каона?