物理基礎の授業のβ崩壊の説明の中で、「中性子が陽子に変わり、電子とニュートリノを放出する」という説明

物理基礎の授業のβ崩壊の説明の中で、「中性子が陽子に変わり、電子とニュートリノを放出する」という説明がありました。

これがいまいち納得できません。

素粒子物理学の世界の話なんですかね？

できるだけ易しく教えて下さいm(__)m

質問者からの補足コメント

• どうして中性子が陽子になって良いのかがわかりません。
  
  昨日まで女の子だった人が今日急に男になってしまったような感覚です。
  
  中性子は中性子であり陽子は陽子なのにどうして変化して良いのか…
  
  そもそも中性子とは、陽子とは何なのでしょう…
  
  
  ここからはあまりの知識不足に支離滅裂なことを言ってしまっているかと思いますがご了承くださいm(__)m
  
  中性子はダウンクォーク２つとアップクォーク１つから、陽子はアップクォーク２つとダウンクオーク１つから成っていると聞いたことがあります。
  それなら中性子内のダウンクオーク１つがアップクォークと電子とニュートリノになったのでしょうか？素粒子は物質の最小単位なのでありえないはずです。
  原子核全体で見ると、つじつまが合うということですか？
  スピンとかも関係してくるんですかね？

    補足日時：2018/01/26 17:54

No.7 回答者： puyo3155 回答日時： 2018/01/28 17:25

>力が種類を変える、感覚的には理解しずらいですね

そうでしょうか。

言葉の力で、人の気持ちを変えるとか、学問には、世の中を変える力があるとか普通に使いますね。何かを変えるものが力であるというのはむしろ、力の自然なイメージかと。

力は運動を変えるという、古典物理の先入観に縛られすぎなのだと思いますよ。

素粒子はこのように変化しますし、反粒子と合わされば、消滅します。高エネルギーがあれば無から素粒子が発生します。崩壊して姿を変えるのは、ベータ崩壊だけではありません。無限の反応があります。

No.6 回答者： chiha2525-- 回答日時： 2018/01/27 12:25

根本的な考え方の間違いは、まずβ崩壊という現象がこの世にあって、それをどのようなものなのか理解しようとしてもがいているのが物理学というものであるということです。

なので、どうして中性子が陽子に変わるのかなどは、本当のことは誰にも分かりません。中性子が何か陽子が何かも、本当のところは分かりません。クォークも、あると考えられていますが、見かけだけの幻影である可能性もあります。

そんな中で、β崩壊という現象があり、それがどのような現象か一応の説明を付けたというのが、その授業の説明です。

例えばクォークの説明なんかも、なんでもかんでも３つ１セットで粒子になるなら、この世は未知の粒子であふれてしまうことになりますから、”白色になるものしか存在を許されない”などと条件をつけて制限してます。クォークの変移もなんでもかんでもＯＫなら物質がころころ変わりますから、実際に観測されてるものはＯＫでもそれ以外はダメみたいな仕組みを理論に作りこまなければなりません。なので陽子崩壊が観測されないから、なんか作った理論が間違えてるっぽいなどという話になっています。

この回答へのお礼

まだまだわかっていないことが多いんですね…

ご回答ありがとうございましたm(__)m

お礼日時：2018/01/28 15:27

No.5 回答者： puyo3155 回答日時： 2018/01/27 08:10

ベータ崩壊は、

中性子　＞＞　陽子＋電子＋反電子ニュートリノ

という反応ですね。中性子も、陽子も素粒子ではありません。クオーク３つが、グルーオンによる強い力で結びついてできています。
ちなみに、われわれが物質の質量と感じているのは、９９％、この強い力の結合エネルギーで、ヒッグス起因の、素粒子の質量ではありません。

さて、

中性子は　ダウンクオーク２個＋アップクオーク１個
陽子はは　ダウンクオーク１個＋アップクオーク２個

で出来ているので、実際のベータ崩壊は、素粒子レベルでみれば

ダウンクオーク　＞＞　アップクオーク＋電子＋反電子ニュートリノ

ということがわかります。これを引き起こすのが、この世の４つの力の一つ、弱い力です。
弱い力は、このように、素粒子の種類を変える力を持っています。

電磁気力が働くと、ものがくっついたり、離れたりする。
弱い力がが働くと、素粒子の種類が変わる。
強い力は、クオークを結びつける。

このように、なにかに作用して、なにかを引き起こすものが、力の正体です。

この回答へのお礼

力が種類を変える、感覚的には理解しずらいですね…

ご回答ありがとうございました!m(__)m

お礼日時：2018/01/28 15:25

No.4 回答者： doc_somday 回答日時： 2018/01/26 23:59

＞素粒子は物質の最小単位なのでありえないはずです。

とんでもない。日常的に起きています。クォークを結びつけているのはグルーオンですが中性子は不安定です、放射性同位元素は全てグルーオンの羈絆から逃れていきます。
中性子も不安定な核子（バリオン）です、かなり少数派の方は中性子が本来で陽子は中性子が陽電子を取り込んで出来るとおっしゃいますが誰も同意しません。
プロトンの崩壊はスーパーカミオカンデで追尾されていますが、見つかるのはニュートリノばかり。

No.3 回答者： head1192 回答日時： 2018/01/26 19:21

＞β崩壊の場合も中性子の寿命（？）と解釈していいんでしょうか？

そこ説明してませんでしたね（汗
中性子のβ崩壊には「弱い相互作用」という力がかかわっています。
これは現在の宇宙のもっとも基本的な4つの力の一つで、（重力、電磁気力、弱い相互作用、強い相互作用）
ざっくり言えばきわめて近距離のみに働き、いろいろな粒子を崩壊させる力です。
この力の作用を受けて中性子はβ崩壊するのです。

中性子が基本粒子でないゆえに、内部構造の変化を受けて、あたかも分子が変化するように変わっていくのです。

＞また中性子が陽子に変化した時クオークにも変化はあるのですか？
おっしゃるとおりです。
エネルギー・質量保存の法則に反しているようにも見えますが、もともと粒子自体が「実体」というより「性質の象徴」というべきものです。
電荷の性質、質量の性質、力の性質、・・・
なので、我々が知っている物質・物体とはまるで似つかないふるまいをします。

それを端的に表しているのが力の粒子などの仮想粒子です。
力を媒介する何かを、その実体そのものでなく、媒介する性質を理論的に説明できる存在として、そういう象徴物質が想定されているのです。
１＋１＝２とはならないとは、そういう意味です。

この回答へのお礼

とても丁寧に教えてくださりありがとうございました！m(__)m

お礼日時：2018/01/28 15:18

No.2 回答者： head1192 回答日時： 2018/01/26 18:13

量子力学・素粒子物理の世界とはそういうものです。

１＋１＝２とはならない世界です。

たとえばニュートリノは物質と相互作用すると電子、ミュー粒子、タウ粒子に分かれることがあります。
ニュートリノ自体もある地点で電子ニュートリノとして観測されたものが別の地点で測定するとミューオンニュートリノになっていたりします。
ニュートリノ振動といいます。
地球に降り注ぐ粒子の中で、名前は忘れましたが寿命が非常に短く、地球大気を通り抜けるうちに別の粒子に代わってしまうものもあります。

中性子や陽子もそういう粒子の仲間で、寿命があります。
非常に安定ですが、10³³年以上とされています。
つまり、それ以上の時間を用意してやれば、また、十分な数の陽子/中性子を用意してやれば、中性子や陽子といえど崩壊して別の粒子になってしまうのです。

なお、電子や光子は単一の粒子でレプトンと呼ばれます。
中性子や陽子はバリオンと呼ばれ、３つのクオークが組み合わさって構成されます。
レプトンとクオークが粒子として等価とされています。
したがって、中性子や陽子はレプトンのような基本粒子ではないわけです。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。m(__)m

β崩壊の場合も中性子の寿命（？）と解釈していいんでしょうか？

また中性子が陽子に変化した時クオークにも変化はあるのですか？

お礼日時：2018/01/26 18:24

No.1 回答者： Tacosan 回答日時： 2018/01/26 17:28

「いまいち納得できません」の「いまいち」というのはどの辺のことでしょうか?

この回答へのお礼

補足欄に付け足しました。

・中性子の何がどう変わって陽子になったのか？

・電子やニュートリノはどこからきたのか？

がわかりません…（泣）

お礼日時：2018/01/26 17:58