Если бы мюон был стабильным

[vika vorobyeva]

На днях задумалась, насколько сильно изменились бы условия нашей Вселенной, если бы мюон был стабильной или почти стабильной элементарной частицей, т.е. распад:
мюон = электрон + мюонное нейтрино + электронное антинейтрино
был бы запрещен/подавлен.
В этом случае отрицательный мюон мог бы заменить электрон в атоме водорода. Образовавшийся "мюонный водород" был бы в 207 раз компактнее и в 207³ = 9 млн. раз плотнее обычного водорода. При этом химические свойства "мюонной" молекулы водорода почти не отличались бы от обычной.
Однако возникает вопрос - возможно ли было существование в одном атоме и электронов, и мюонов. Например, каковы были бы свойства "смешанного" атома гелия, где вокруг альфа-частицы "висели" бы мюон (внутри) и электрон (снаружи)? Подозреваю, что с химической точки зрения он бы сильно напоминал тяжелый атом водорода, т.к. мюон частично экранировал бы заряд альфа-частицы.
По-видимому, химия в такой Вселенной была бы довольно замысловатой

[bob]

Вика, к несчастью, законы вселенной мысленно можно менять в фантазии только в той части, которая мало теоретизирована. То, о чём Вы говорите, возможно только при отсутствии электрослабого взаимодействия. Такой мир не имел бы массы за счёт отсутствия бозонов Хиггса или любого их заменителя, поелику такие появятся. Впрочем, если фантазировать - представьте себе мир без массы, этакую чистую электродинамику, но с мюоном вместо электрона. Свидетели первой наносекунды Большого Взрыва, возможно, могли это видеть.

[Klapaucius]

А другие соотношения между взаимодействиями (вместо их зануления) не прокатят?

[bob]

А другие соотношения между взаимодействиями (вместо их зануления) не прокатят?

Пока, вроде - нет. Где-нибудь чего-нибудь потянуть - полезет всё. Так сказать, сильный антропный принцип. Мир таков, каков он есть только при данных значениях основных констант. В том числе и слабого взаимодействия.

[Klapaucius]

Почему мюон именно в 206,8 раз тяжелее электрона? Может я отстал от жизни, но вроде ответа не придумали.
Так что каким образом "полезет всё" действительно непонятно (чем тут нули предпочтительнее, тем более).
Можно наверное придумать разные доп. условия, модели, и рассчитать. Вывести  свойства такого материала. Но проверить эти доп. условия и модели не получится 

Если только не предполагать дрейф разных вещей, которые мы считаем константами, со временем или в пространстве. Но обнаружить такое было бы большой удачей, а объяснить (особенно предсказать) - ещё большей.

[bob]

Если только не предполагать дрейф разных вещей, которые мы считаем константами, со временем или в пространстве. Но обнаружить такое было бы большой удачей, а объяснить (особенно предсказать) - ещё большей.

Умные люди пишут в статьях, что как ни крути, а симметрично основные константы не смещаются, так, чтобы вселенная уцелела. Не проверял, каюсь.

[vika vorobyeva]

Ну, стабильным мюон мог быть, если бы было массивно мюонное нейтрино, и реакция
мюон = электрон + мюонное нейтрино + электронное антинейтрино
шла бы с поглощением энергии или (в случае большого периода полураспада) с низким выходом энергии.
Но, в общем, да - скорее всего, такой мир будет мало похож на наш.
Хотя - если бы мюон жил не время ~10^-6 сек, а хотя бы несколько секунд, был бы возможен холодный термоядерный синтез на основе мюонного катализа (тема моей дипломной работы ) Живет же свободный нейтрон десяток минут... а вот мюону не повезло

[bob]

Ну, стабильным мюон мог быть, если бы было массивно мюонное нейтрино, и реакция
мюон = электрон + мюонное нейтрино + электронное антинейтрино
шла бы с поглощением энергии или (в случае большого периода полураспада) с низким выходом энергии.
Но, в общем, да - скорее всего, такой мир будет мало похож на наш.
Хотя - если бы мюон жил не время ~10^-6 сек, а хотя бы несколько секунд, был бы возможен холодный термоядерный синтез на основе мюонного катализа (тема моей дипломной работы ) Живет же свободный нейтрон десяток минут... а вот мюону не повезло

Если надо для нового НФ-рассказа, то описать чувства наблюдателей, спокойно чувствующих себя в таком мире, будет прЕкольно. Но это будут точно нелюди. Что-то вроде "Сами боги" Азимова. Некие квантовые ансамбли, живущие вне времени и пространства, для которых наносекунда начала ифляции кажется неким многомерным миллиардом наших одномерных лет.

[vika vorobyeva]

Некие квантовые ансамбли, живущие вне времени и пространства, для которых наносекунда начала ифляции кажется неким многомерным миллиардом наших одномерных лет.

Не, для меня это слишком сложно, не потяну

[ggolos]

Если надо для нового НФ-рассказа, то описать чувства наблюдателей, спокойно чувствующих себя в таком мире, будет прЕкольно. Но это будут точно нелюди. Что-то вроде "Сами боги" Азимова. Некие квантовые ансамбли, живущие вне времени и пространства, для которых наносекунда начала ифляции кажется неким многомерным миллиардом наших одномерных лет.

Да полно. Все эти "квантовые ансамбли" только для нелюдей и существуют.
Как не было и наносекунды.
Прекрасно Вы догадываетесь,bob , что Вначале было точно такое же спокойное течение времени, какое  мы наблюдаем ныне.

[wandarer]

Ну, стабильным мюон мог быть, если бы было массивно мюонное нейтрино...

Вот как раз считают, что нейтрино имеют массу. А само слабое взаимодействие провоцирует распады из-за того, что один вид нейтрино переходит в другой вид. Т.е. нейтрино мюонное превращается в нейтрино электронное. Так, если предположить, что электрон состоит из нейтрино электронного и ро-мезона, а мюон из нейтрино мюонного и ро-мезона (что не так уж и фантастично, т.к. ро-мезон можно считать низким энергетическим состоянием Z⁰ бозона и поэтому связанным, как электрон в атоме), то при образовании внутри мюона виртуальной пары нейтрино электронное-антинейтрино электронное из-за перестановочного взаимодействия на месте нейтрино мюонного оказывается нейтрино электронное. В результате нейтрино электронное и ро-мезон образуют электрон, а нейтрино мюонное и антинейтрино электронное получают энергию визуализации(переходят из виртуального состояния в реальное) и улетают, т.е. происходит распад.

[Пенелопа]

У меня сильное подозрение, что химии при наличие таких мюонных атомов не было бы. Ибо что такое химия, без молекулярных орбиталей? А где тут орбитали, если ядро составляет большую часть атома.  А нет химических реакций, нет и жизни.
Так, что писать рассказы было бы некому. Другое дело, что мог быть мир, где есть обычные атомы и мюонные. Но очень сомнительно - ибо существовать будет то, что энергетически выгодно.

[bob]

Ван-дер-ваальсовы силы возникают при взаимном проникновении электронных орбиталей. В "мюонном" мире они бы возникали на ядерных расстояниях, и по энергии мало уступали бы ядерным. Но стабильность мюона подразумевает отсутствие электрослабого взаимодействия и бозонов Хиггса, наделяющих вещество массой. Так что не было бы ни ядер, ни орбиталей. Просто бы ничего не было.

[Klapaucius]

Ван-дер-ваальсовы силы возникают при взаимном проникновении электронных орбиталей. В "мюонном" мире они бы возникали на ядерных расстояниях, и по энергии мало уступали бы ядерным.

Так это ж прекрасно, сколько было бы интересных реакций, частично химических, частично ядерных.
Правда имея три набора лептонов можно предположить, что в таком атоме, в таком мире где сущетсвуют такие "атомы водорода" мюону будет соответствовать не протон, а частица из других кварков. Вот только каких...

Но стабильность мюона подразумевает отсутствие электрослабого взаимодействия и бозонов Хиггса, наделяющих вещество массой. Так что не было бы ни ядер, ни орбиталей. Просто бы ничего не было.

Всё-таки поясните эту свою мысль. Почему стабильный электрон имеет массу и заряд, а мюон их потерял бы будь он стабильным.

[vika vorobyeva]

У меня сильное подозрение, что химии при наличие таких мюонных атомов не было бы. Ибо что такое химия, без молекулярных орбиталей? А где тут орбитали, если ядро составляет большую часть атома. 

Прошу прощения, давайте разбираться.
Радиус первой боровской орбиты (грубо говоря, радиус атома водорода) составляет 0.53 10^-10 м. Радиус атомного ядра по порядку величины равен 10^-15 м, т.е. на 5 порядков меньше. Поэтому для легких ядер (водород, гелий, углерод) мюонные орбитали будут так же вне ядра, как и электронные. И "мюонный" водород (мюонный гелий, углерод, кислород и т.п.) будут во всем подобны своим электронным аналогам, но будут гораздо плотнее.
Для тяжелых ядер, конечно, ситуация будет хуже, но тяжелых ядер во Вселенной мало

Upd Вот, нашла таблицу с размерами атомов водорода, где электрон заменем другой отрицательно заряженной частицей. Для мюонного атома радиус боровской орбиты составляет 256 Ферми, что в 206.7 раз меньше электронного радиуса боровской орбиты, но в 213 раз больше радиуса легкого ядра.
http://nuclphys.sinp.msu.ru/exotic/e07_3.html

[Пенелопа]

У меня сильное подозрение, что химии при наличие таких мюонных атомов не было бы. Ибо что такое химия, без молекулярных орбиталей? А где тут орбитали, если ядро составляет большую часть атома. 

Прошу прощения, давайте разбираться.
Радиус первой боровской орбиты (грубо говоря, радиус атома водорода) составляет 0.53 10^-10 м. Радиус атомного ядра по порядку величины равен 10^-15 м, т.е. на 5 порядков меньше. Поэтому для легких ядер (водород, гелий, углерод) мюонные орбитали будут так же вне ядра, как и электронные. И "мюонный" водород (мюонный гелий, углерод, кислород и т.п.) будут во всем подобны своим электронным аналогам, но будут гораздо плотнее.

Дело  тут не в расстояниях, это же не классическая физика.  Не скажу за все методы квантовой химии, но все ab initio, что мне встречались использовали приближение Борна-Оппенгеймера. Это  когда у нас есть "медленно движущееся" ядро и "быстрые"  электроны.   Даже если не использовать такое приближение (для малоэлектронных систем), все равно электроны значительно быстрее.    С точки зрения расчетов это значит, что волновая функция становится произведением  волновых функций ядра и электронов.  А с точки зрения атома это значит,  что  электроны ( в первую очередь валентные) могут - если использовать квазиклассическое описание -  двигаться, объединяться с другими электронами, менять свои орбитали на молекулярные (или можно сказать, что электронное облако деформируется.)
  Близко находящийся мюон явно будет вести себя не более активно, чем невалентный электрон.   То есть не будет  он легко менять свое состояние и  составлять молекулярные связи.

Upd Вот, нашла таблицу с размерами атомов водорода, где электрон заменем другой отрицательно заряженной частицей. Для мюонного атома радиус боровской орбиты составляет 256 Ферми, что в 206.7 раз меньше электронного радиуса боровской орбиты, но в 213 раз больше радиуса легкого ядра.
http://nuclphys.sinp.msu.ru/exotic/e07_3.html

Радиус боровской орбиты  термин из модели Бора,  а не из КМ.  Реально  электрон размазан вокруг ядра (или - в другой интерпретации - может быть в разных точках пространства вокруг ядра),  плотность вероятности просто выше всего на  расстоянии радиуса Бора.  Так, что из Ваших слов следует, что либо мюон будет оказываться в ядре (даже водорода), либо, что мюон не может быть валетным, так как он сильно  локализован в пространстве. А это совершенно не химично.

[vika vorobyeva]

Мне все же кажется, что мюонные аналоги водорода и гелия возможны.

Однако, тут возникает другая засада - возможная реакция мюона и протона с образованием нейтрона и мюонного нейтрино. Поскольку масса электрона меньше разницы масс протона и нейтрона, реакция:
протон + электрон = нейтрон + электронное нейтрино
оказывается запрещенной, а атом водорода - стабильным.
Однако поскольку масса мюона больше разницы масс между протоном и нейтроном, то даже при формальной стабильности мюона он будет реагировать с протоном, образуя нейтрон и мюонное нейтрино.
 
Мда, как ни крути, стабильной мюонной химии не получить

[wandarer]

Мда, как ни крути, стабильной мюонной химии не получить

Ну отчего же так мрачно. Есть еще мюоний. И с ним то химия вполне возможна. Здесь http://ufn.ru/ufn68/ufn68_7/Russian/r687l.pdf можно про него прочитать.

[Пенелопа]

Ну отчего же так мрачно. Есть еще мюоний. И с ним то химия вполне возможна. Здесь http://ufn.ru/ufn68/ufn68_7/Russian/r687l.pdf можно про него прочитать.

Формально Вы правы, но этот не то о чем мы говорили. Ибо мюон тут ядро.

[EvilShurik]

А если мюон был бы долгоживущим? К примеру около тысячи лет? И из-за экзотических свойств мюона его реакция с протоном оказалась бы подавленной? Как изменилась бы химия такого мира? У Стругацких описана некая мезоматерия как раз из атомов, где электроны заменены мюонами. Интересно, при времени жизни в тысячу лет можно было создать нечто подобное? Мне кажется, что долгоживущий, но нестабильный мюон не изменил бы картину мира фатально.