सितारों में एंटीमैटर का विनाश

तारों में संलयन प्रक्रियाओं के माध्यम से उत्पादित पॉज़िट्रॉन के साथ इलेक्ट्रॉनों का विनाश होता है। कौन सा कण इंटरैक्शन नए इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करता है ताकि सूरज इलेक्ट्रॉनों से रहित न हो? या कुछ और पूरी तरह से हो रहा है?

तारों में नियमित संलयन चक्र उत्पादों द्वारा न्यूट्रिनो और पॉज़िट्रॉन का उत्पादन करते हैं। वे पॉज़िट्रॉन उन इलेक्ट्रॉनों के साथ विलोपित करते हैं जो पहले से ही प्रकाश के उत्पादन के लिए तारे के प्लाज्मा में हैं जो हम अंततः देखते हैं। उन इलेक्ट्रॉनों को कैसे बदला जाता है?

antimatter

— जोश बिलक
स्रोत

आप जोड़ी-उत्पादन सितारों के साथ नियमित फ्यूजन (जो सूरज जैसे नियमित सितारों में होता है) को भ्रमित कर सकते हैं - अपने कोर में इस तरह के उच्च ऊर्जा घनत्व वाले विशाल सितारे हैं कि वे अनायास इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े पैदा करते हैं।

— antleroft

तारों में नियमित संलयन चक्र उत्पादों द्वारा न्यूट्रिनो और पॉज़िट्रॉन का उत्पादन करते हैं। वे पॉज़िट्रॉन इलेक्ट्रॉनों के साथ नष्ट हो जाते हैं जो पहले से ही प्रकाश के उत्पादन के लिए तारे के प्लाज्मा में होते हैं जो हम अंततः देखते हैं। उन इलेक्ट्रॉनों को कैसे बदला जाता है?

— जोश बिलाक

मैंने आपके प्रश्न में टिप्पणी में अपना स्पष्टीकरण डाला। मैं संभवतः महत्वपूर्ण अर्थ निकालना नहीं चाहता, लेकिन मुझे लगता है कि पाठ को अब किसी भी तरह स्पष्ट किया जाना चाहिए। इसे बेझिझक संपादित करें, यह कहने के लिए कि आप क्या जानना चाहते हैं।

— पीटर - मोनिका

जवाबों:

प्रोटोन-प्रोटोन श्रृंखला अंततः एक हीलियम नाभिक में चार प्रोटॉन बदल देता है। 4 प्रोटॉन के प्रभारी को 4 इलेक्ट्रॉनों द्वारा संतुलित किया गया था, लेकिन हीलियम में 2 प्रोटॉन (और 2 न्यूट्रॉन) होते हैं, इसलिए इसे संतुलित करने के लिए केवल 2 इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है।

जैसा कि आप बताते हैं, एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में परिवर्तित करने की प्रक्रिया एक पॉज़िट्रॉन (और एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो) जारी करती है, और यह कि पॉज़िट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन के साथ जल्दी से नष्ट हो जाता है।

यहाँ मुख्य पीपी श्रृंखला के उस विकिपीडिया पृष्ठ से आरेख है।

तो प्रक्रिया वास्तव में 6 प्रोटॉन खाती है, और 2 प्रोटॉन, एक हीलियम नाभिक और 2 पॉज़िट्रॉन (प्लस न्यूट्रिनोस के एक जोड़े), और गामा फोटॉन के एक जोड़े का उत्सर्जन करती है। पॉज़िट्रॉन 2 इलेक्ट्रॉनों के साथ विलोपित करता है, अधिक गामा फोटोन (आमतौर पर 2 या 3 एपिअस, पॉज़िट्रॉन और इलेक्ट्रॉन के स्पिन संरेखण पर निर्भर करता है) जारी करता है।

यदि आप सब कुछ जोड़ते हैं, तो आप देखेंगे कि विद्युत चुम्बकीय चार्ज संतुलन अपरिवर्तित है।

हमने 4 प्रोटॉन के साथ शुरुआत की, जो कि तारकीय कोर प्लाज्मा में पास के 4 इलेक्ट्रॉनों द्वारा संतुलित हैं। (हम अंत में पुनः उत्सर्जित होने वाले हाइड्रोजन्स की मध्यवर्ती जोड़ी की उपेक्षा कर सकते हैं)। हम एक हीलियम नाभिक के साथ समाप्त होते हैं जिसे केवल 2 इलेक्ट्रॉनों को विद्युत रूप से संतुलित करने की आवश्यकता होती है, इसलिए यदि उन अन्य 2 इलेक्ट्रॉनों को नष्ट नहीं किया गया तो स्टार नकारात्मक चार्ज की अधिकता का निर्माण करेगा।

— दोपहर 2 बजे
स्रोत

यह स्पष्ट करता है कि चार्ज संरक्षण का उल्लंघन नहीं किया गया है और समग्र प्रक्रिया को अधिक विस्तार प्रदान करता है, लेकिन अगर हम लगातार उन इलेक्ट्रॉनों के जोड़े खो रहे हैं जिनका आपने उल्लेख किया है, तो स्टार के पास अरबों वर्षों के जलने के बाद इलेक्ट्रॉन कैसे हैं? क्या वे प्रोटॉन / इलेक्ट्रॉन / न्यूट्रिनो प्रतिक्रिया के लिए एक न्यूट्रॉन से चक्र में वापस लाए जाते हैं? यदि हां, तो इससे क्या ट्रिगर होता है? यदि नहीं, तो क्या कुछ और प्रतिक्रिया हो रही है जो इलेक्ट्रॉनों को जन्म देती है?

— जोश बिलक

@ जोश नहीं, इलेक्ट्रॉनों अनिवार्य रूप से न्यूट्रॉन बनाने की प्रक्रिया से भस्म हो जाते हैं। लेकिन यह एक समस्या क्यों है? एक तारा आम तौर पर अपने जीवनकाल में हाइड्रोजन की मूल आपूर्ति का 50% से कम जलाता है।

— PM 2Ring

@ जोश यह भी ध्यान रखें कि पीपी फ्यूजन एक बहुत ही धीमी प्रक्रिया है। अधिकांश समय जब 2 प्रोटोन डिप्रोटियम में फ्यूज करते हैं, तो यह तुरंत एक प्रोटॉन में संचारित होने के बजाय 2 प्रोटॉन में वापस आ जाता है। ट्रांसमिटेशन की संभावनाएं 1 से के क्रम पर होती हैं , और सौर कोर में एक विशिष्ट प्रोटॉन का मतलब एक अरब साल का जीवनकाल होता है, इससे पहले कि यह सफलतापूर्वक हीलियम से जुड़ा हो। यह एक अच्छी बात है, क्योंकि यह सूर्य को लंबी उम्र देता है। इसका अर्थ यह भी है कि प्रति क्यूबिक मीटर, सौर कोर का ऊर्जा उत्पादन लगभग एक कम्पोस्ट ढेर के ऊर्जा उत्पादन के बराबर है। :)

10^{26}

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— PM 2Ring

तो स्टेलर न्यूक्लियोसिंथेसिस ब्रह्मांड में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की संख्या को धीरे-धीरे कम कर रहा है, लेकिन न्यूट्रॉन की संख्या में वृद्धि कर रहा है। जब एक न्यूट्रॉन स्टार बनता है, प्रोटॉन + इलेक्ट्रॉनों का एक पूरा गुच्छा तेजी से न्यूट्रॉन (प्लस न्यूट्रिनो) में बदल जाता है। कुछ बहुत बड़े सितारों में, उच्च ऊर्जा गामा किरणें इलेक्ट्रॉन + पॉज़िट्रॉन जोड़े बनाते हैं, लेकिन वे जल्द ही विनाश करते हैं, अधिक गामा बनाते हैं, और यह प्रक्रिया लंबे समय तक नहीं रहती है, क्योंकि ऐसे सितारे जल्द ही एक जोड़ी-अस्थिरता सुपरनोवा में विस्फोट करते हैं , जो पूरी तरह से उन्हें अलग कर देता है।

— PM 2Ring

@ जोशबिलाक मुझे लगता है कि बिंदु सिर्फ इतना है कि हाँ तारा अपने इलेक्ट्रॉनों को कम कर रहा है, लेकिन बिल्कुल उसी दर पर, जो उसके प्रोटॉन को कम कर रहा है; वे संतुलन में रहते हैं। इसलिए इलेक्ट्रॉनों के "रनिंग आउट" के साथ समाप्त होने की कोई संभावना नहीं है; ऐसा करने के लिए इसे हर एक प्रोटॉन को न्यूट्रॉन में बदलना होगा, जो स्पष्ट रूप से नहीं होता है।

— बेन

उन्हें प्रतिस्थापित नहीं किया जाता है।

साधारण तारों में संलयन का अर्थ वास्तव में कई प्रक्रियाएं हैं, न्यूट्रिनोस इनमें सबसे अधिक शामिल होते हैं:

$p + p \rightarrow D + \nu_e + e^+$
$T \rightarrow He_3 + \nu_e + e^+$

$e^- + e^+ \rightarrow 2 \gamma$

$c$

$\beta^+$ $\nu_e$

$n \rightarrow p + e + \nu_e$ $p \rightarrow n + \overline{\nu_e} + e^+$ $W^+$ $W^-$ $Z^0$

किसी भी समय यदि एक इलेक्ट्रॉन बनाया जाता है, तो इसके साथ एक इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो भी बनाया जाता है। महत्वपूर्ण बात यह है, कि दोनों एक समान रहें:

लेपटोन नंबर (इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन न्युट्रीनो की कुल संख्या, प्रति-कण को नकारात्मक रूप से गिनती)
और विद्युत आवेश (इलेक्ट्रॉन: -1, पॉज़िट्रॉन: +1, प्रोटॉन: +1, न्यूट्रॉन: 0, न्यूट्रिनो: 0)

सितारों में सभी प्रतिक्रियाएं इन कानूनों को रखती हैं।

Ps तारे ज्यादातर हाइड्रोजन से लेकर भारी तत्वों तक का उपयोग कर रहे हैं। हाइड्रोजन के पास कोई न्यूट्रॉन नहीं है, सभी भारी तत्वों में (आमतौर पर, नाभिक की प्रोटॉन संख्या बढ़ती है, इसके साथ न्यूट्रॉन का अनुपात भी बढ़ता है)। इस प्रकार, दीर्घकालिक प्रवृत्ति वास्तव में है कि तारों में इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन की गिनती कम हो रही है, जबकि न्यूट्रॉन की गिनती बढ़ती है। उनकी जगह कुछ भी नहीं। अंतिम छोर, जो केवल बड़े सितारों में संभव है (सूर्य से बहुत बड़ा) न्यूट्रॉन सितारे हैं, जिसमें केवल बहुत कम इलेक्ट्रॉन (और प्रोटॉन) हैं, और स्टार ज्यादातर एक बड़ा न्यूट्रॉन गेंद है।

— पीटर - मोनिका को बहाल करें
स्रोत

तो, पहले से ही तारकीय प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉन पॉज़िट्रॉन के साथ बातचीत करते हैं जो p → n + νe + e + प्रतिक्रिया से आते हैं। गामा विकिरण में यह विलोपन इलेक्ट्रॉनों को "नष्ट" करने का कारण नहीं बनता है? यदि ऐसा होता है, तो मूल रूप से नेबुला के तारे में मौजूद इलेक्ट्रॉनों की तुलना में यह अंतत: बाहर निकल जाएगा, यदि तारा में कुछ अन्य सामान्य प्रतिक्रिया अधिक प्रदान नहीं करती है। क्या n → p + ve + e प्रतिक्रिया उन्हें फिर से भर देती है? मैं समझता हूं कि स्टार संरक्षण कानूनों का उल्लंघन नहीं करता है। क्या आप स्पष्ट कर सकते हैं कि चार्ज कैसे संरक्षित है, लेकिन स्टार में वास्तविक इलेक्ट्रॉन कैसे रहते हैं।

— जोश बिलाक

@ जोशबिलक नहीं, इलेक्ट्रॉन + पॉज़िट्रॉन दो गामा फोटॉन बनाता है। मैंने पोस्ट में इस संस्करण की व्याख्या नहीं की, लेकिन मैंने ऐसा नहीं किया। हां, सत्यानाश इलेक्ट्रॉनों को नष्ट कर देता है, लेकिन यह पॉज़िट्रॉन की समान संख्या को भी नष्ट कर देता है। तारकीय प्लाज्मा कई कणों का एक सूप है, और इलेक्ट्रॉनों के साथ पॉज़िट्रॉन के विनाश की बहुत अधिक संभावना है (अन्य प्रतिक्रियाओं की तुलना में)। इस प्रकार, कुछ बनाए गए पॉज़िट्रॉन केवल विनाश से पहले बहुत कम रहते हैं (शायद नैनोसेकंड या तो)। लेकिन यह महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन यह है कि प्रतिक्रियाओं में कुल लेप्टान संख्या और कुल इलेक्ट्रिक चार्ज दोनों संरक्षित हैं।

— पीटर - मोनिका

इस शुल्क को अभिसरण किया गया है क्योंकि जैसे ही हम विभिन्न संभावित प्रतिक्रियाओं का विस्तार करते हैं, उन सभी में, हम एक एकल को नहीं ढूंढ सकते हैं जो चार्ज संरक्षण का उल्लंघन करेगा। कि इलेक्ट्रॉन तारे में कम नहीं हैं, सख्त आवश्यकता नहीं होगी। सख्त आवश्यकता यह है कि चार्ज और लेप्टान संख्या दोनों संरक्षित हैं। इलेक्ट्रॉन केवल इसलिए बने रहते हैं क्योंकि यह उनका एकमात्र तरीका है जो संरक्षण कानूनों को बनाए रखता है। लेकिन एक अपवाद है: एक तारे के लिए अपने इलेक्ट्रॉनों को नष्ट करने का लगभग एक ही तरीका है: यदि वे न्यूट्रॉन में अपने प्रोटॉन को "शामिल" करते हैं। यह भी (लगभग) सभी

— पेटेर - मोनिका

इसमें प्रोटॉन (और न्यूट्रिनो का इतना बड़ा द्रव्यमान पैदा करता है कि हम इसे अरबों प्रकाश वर्ष दूर खोज सकते हैं)। ध्यान दें, जैसा कि मैंने पोस्ट में लिखा है, वास्तविक प्रतिक्रिया अधिक जटिल है, केवल शुद्ध परिणाम यह है कि इलेक्ट्रॉन + प्रोटॉन -> न्यूट्रॉन + न्यूट्रिनो! यह सुपरनोवा विस्फोटों में होता है। परिणाम यह है कि प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों का सूप न्यूट्रॉन की एक तटस्थ गेंद बन जाता है। वह न्यूट्रॉन तारा है। आखिरी जो हम देख सकते थे वह 1987 में हुआ था (हमारे लिए, वास्तव में यह कई सदियों पहले हुआ था)।

— पेटेर -

सूर्य कभी भी न्यूट्रॉन स्टार बनने के लिए बहुत कम है, लेकिन बड़े सितारे कर सकते हैं। इसके साथ समस्या यह है कि न्यूट्रॉन में प्रोटॉन की तुलना में थोड़ा बड़ा द्रव्यमान होता है, इस प्रकार बहुत सारे न्यूट्रॉन स्टार में एक साथ मौजूद होना पसंद नहीं करते हैं। मुक्त न्यूट्रॉन एक प्रोटॉन + इलेक्ट्रॉन + न्यूट्रिनो को लगभग 20 मिनट आधे जीवन के साथ तय करता है, कुछ न्यूट्रॉन-समृद्ध नाभिक में वे लंबे समय तक मौजूद रह सकते हैं (उदाहरण के लिए, ट्रिटियम में 1 प्रोटॉन और 2 न्यूट्रॉन होते हैं, 12 साल के आधे जीवन के साथ)। केवल परमाणु प्रक्रियाएँ बहुत अधिक न्यूट्रॉन नहीं बना सकती हैं। एक न्यूट्रॉन स्टार केवल तभी बनाया जा सकता है जब कुछ ऐसा हो जो प्रोटॉन को "संपीड़ित करता है"

— पेटेर - पुनः स्थापित मोनिका

मैं अन्य उत्तरों से थोड़ा चोरी कर रहा हूं, बस यहां बिंदु स्पष्ट करने के लिए। जो अनुसरण करता है वह ठीक नहीं है कि यह सब कैसे होता है, लेकिन यह स्पष्ट करना चाहिए कि इलेक्ट्रॉन और पॉज़िट्रॉन कैसे संतुलित हैं।

उत्तर की कुंजी प्रतिक्रिया के इस हिस्से में है: दो हाइड्रोजन परमाणु एक हाइड्रोजन परमाणु बन जाते हैं। एक हाइड्रोजन परमाणु एक इलेक्ट्रॉन और एक प्रोटॉन और शून्य या अधिक न्यूट्रॉन से बना होता है। अब इस चरण में, एक हाइड्रोजन परमाणु प्रोटॉन में न्यूट्रॉन में प्रवाहित होता है, एक पॉज़िट्रॉन का उत्सर्जन करता है, जो बदले में उक्त हाइड्रोजन परमाणु के इलेक्ट्रॉन को नष्ट कर सकता है। इस प्रकार हाइड्रोजन परमाणु (एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन के साथ) और दो गामा किरणों के परिणामस्वरूप होता है।

— टॉमस
स्रोत