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任何東西都有壽命,那麼原子、中子、質子和電子的壽命是多少?

每種粒子的平均壽命不同,有些粒子的平均壽命甚至趨近於無限。

有些原子核是不穩定的,會衰變為其他物質,比如碳-14會衰變為氮-14;衰變物質存在一個半衰期,指衰變物質有半數發生衰變所需要的時間,碳14的半衰期為5730±40年。

表示1克的碳-14,經過大約5730年後,就只剩下0.5克碳-14,另外0.5g衰變成了氮-14。

對於單個粒子,物理學中更常用「平均壽命」,而非半衰期來描述粒子的存在時間,兩者關係為平均壽命 = 半衰期 / ln2。

比如,一些粒子的平均壽命為:

電子:平均壽命無限;

光子:平均壽命無限

自由質子:至少為10^35年;

鈾-238:65億年;

氚核:約17年;

自由中子:約15分鐘;

π介子:250億分之一秒;

μ子:0.0000022秒;

……

其中自由中子的平均壽命大約15分鐘,衰變產物是質子、電子和反中微子;但是在原子核中的中子,會變得穩定。

質子的平均壽命非常長,理論預言質子也會發生衰變,坐落在日本的超級神岡探測器,最初就是為了研究質子衰變而建設的,裡面有5萬噸超純水,周圍上萬根光電倍增器,用來探測質子衰變時的蹤影。

經過近十年的觀測,只發現了一些疑是質子衰變的現象,無法準確測定質子的半衰期,最終得到質子平均壽命下限為10^35年的結論,這比我們宇宙年齡還長一億億億倍。

超級神岡探測器用來探測質子衰變的實驗,算是失敗的,但是卻意外地捕捉到了許多超新星爆發時放出的中微子,尤其是1987A超新星爆發事件,後來該項目也轉為對中微子的探測項目,而質子衰變現象,至今乃是科學上沒有解決的問題。

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