Номер 1046, страница 288 - гдз по физике 11 класс сборник задач Дорофейчик, Силенков

1046. Какой закон объясняет невозможность превращения электрона в фотон или нейтрино?

Решение

Невозможность превращения (распада) электрона в фотон или нейтрино объясняется действием фундаментальных законов сохранения, которые должны выполняться в любом физическом взаимодействии. В обоих рассматриваемых случаях ключевую роль играет закон сохранения электрического заряда.

Рассмотрим гипотетическую реакцию превращения электрона в фотон: $e^- \rightarrow \gamma$. Электрон ($e^-$) имеет отрицательный электрический заряд, равный элементарному заряду $-e$. Фотон ($\gamma$) — это электрически нейтральная частица, его заряд равен нулю. Таким образом, в левой части реакции суммарный заряд равен $-e$, а в правой — 0. Поскольку $-e \neq 0$, данный процесс нарушает закон сохранения электрического заряда и потому невозможен. Кроме того, этот процесс нарушает и другие законы: закон сохранения лептонного числа (у электрона лептонное число $+1$, у фотона 0) и закон сохранения момента импульса (спин электрона $1/2$, спин фотона $1$).

Теперь рассмотрим гипотетическую реакцию превращения электрона в нейтрино: $e^- \rightarrow \nu_e$. Здесь также нарушается закон сохранения электрического заряда. Электрон заряжен ($-e$), а нейтрино ($\nu_e$) электрически нейтрально (заряд 0), поэтому $-e \neq 0$. Стоит отметить, что в этом случае закон сохранения лептонного числа не нарушается (и электрон, и электронное нейтрино имеют лептонное число $+1$). Однако, помимо нарушения сохранения заряда, этот процесс для изолированного электрона невозможен и из-за нарушения закона сохранения энергии-импульса. Масса покоя электрона больше массы покоя нейтрино, и распад одной частицы на одну более легкую частицу невозможен без нарушения одновременного сохранения энергии и импульса.

Таким образом, главным и универсальным для обоих случаев запретом является закон сохранения электрического заряда.

Ответ: Невозможность превращения электрона в фотон или нейтрино в первую очередь объясняется законом сохранения электрического заряда. Также эти процессы нарушают и другие законы сохранения, такие как закон сохранения лептонного числа и закон сохранения энергии-импульса.