星の反物質消滅

電子は星の融合過程で生成された陽電子で消滅します。太陽が電子を枯渇させないように、どの粒子相互作用が新しい電子を生成しますか？または、他に何かが起こっているのでしょうか？

星の定期的な核融合サイクルは、副産物のようにニュートリノと陽電子を生成します。それらの陽電子は、星のプラズマにすでに存在している電子で消滅し、最終的に見える光を生成します。それらの電子はどのように置き換えられますか？

antimatter

— ジョシュ・ビラック
ソース

通常の核融合（太陽のような通常の星で発生する）とペア生成星を混同している可能性があります-コアに非常に高いエネルギー密度があり、電子と陽電子のペアを自然に生成する巨大な星です。

— antlersoft

— Josh Bilak

質問へのコメントに説明を挿入しました。おそらく重要な意味を取り除きたいとは思いませんが、今はテキストを何とかもっと明確にする必要があると思います。自由に編集して、知りたいことを正確に伝えてください。

— peterh-モニカを復活させる

回答:

プロトン-プロトン鎖は、最終的に1つのヘリウム核に4個のプロトンを変換します。4つの陽子の電荷は4つの電子によって平衡化されましたが、ヘリウムには2つの陽子（および2つの中性子）が含まれているため、平衡化する必要があるのは2つの電子だけです。

ご指摘のとおり、陽子を中性子に変換する過程で陽電子（および電子ニュートリノ）が放出され、その陽電子はすぐに電子で消滅します。

これは、メインのppチェーンのWikipediaページの図です。

したがって、プロセスは実際には6つの陽子を消費し、2つの陽子、1つのヘリウム核、2つの陽電子（および2つのニュートリノ）、および2つのガンマ光子を放出します。陽電子は2つの電子で消滅し、より多くのガンマ光子を放出します（通常、陽電子と電子のスピン配列に応じて、2つまたは3つずつ）。

すべてを足し合わせると、電磁電荷のバランスが変化していないことがわかります。

私たちは4つの陽子から始めました。これは、恒星のコアプラズマ内の近くの4つの電子によってバランスがとられています。（最終的に再放出される水素の中間ペアは無視できます）。結局、2つの電子だけが電気的にバランスをとる必要があるヘリウム原子核になるので、他の2つの電子が消滅しないと、星は過剰な負の電荷を蓄積します。

— PM 2Ring
ソース

これにより、電荷保存に違反していないことが明らかになり、プロセス全体の詳細が提供されますが、あなたが言及した電子のペアを絶えず失っている場合、数十億年の燃焼後に星はどのように電子を持っていますか？それらは中性子から陽子/電子/ニュートリノ反応へのサイクルに戻されますか？もしそうなら、何がこれを引き起こしますか？そうでない場合、電子を生成する何か他の反応が起こっていますか？

— Josh Bilak

@ジョシュいいえ、電子は中性子を生成するプロセスによって本質的に消費されます。しかし、なぜそれが問題なのでしょうか？星は一般的に、その寿命の間、元の水素供給の50％未満しか燃焼しません。

— PM 2Ring

@ジョシュまた、PPフュージョンは非常に遅いプロセスであることを覚えておいてください。ほとんどの場合、2つの陽子がディプロティウムに融合すると、重陽子に核変換するのではなく、すぐに2つの陽子に分裂します。核変換が起こる確率はおよその1であり、太陽コアの典型的な陽子は、ヘリウムとの融合に成功するまでの平均寿命が10億年あります。これは太陽に長い寿命を与えるので、良いことです。また、1立方メートルあたりのソーラーコアのエネルギー生産量は、堆肥のヒープのエネルギー生産量とほぼ同じです。:)

10^{26}

$10^{26}$

— PM 2リング

したがって、恒星の元素合成は、宇宙の電子と陽子の数を徐々に減らしていますが、中性子の数を増やしています。中性子星が形成されると、陽子と電子の束全体が急速に中性子（およびニュートリノ）に変換されます。いくつかの非常に大規模な星では、高エネルギーのガンマ線は、電子+陽電子のペアを作成するのですが、彼らはすぐに消滅、より多くのガンマを作成し、そして、そのような星はすぐに爆発するので、そのプロセスは、長い間続かないペア不安定超新星れ、完全に、それらを吹き飛ばします。

— PM 2Ring

@JoshBilak要点は、はい、星が電子を枯渇させているということですが、陽子を枯渇させているのとまったく同じ速度です。彼らはバランスを保っています。そのため、星が電子の「不足」になる可能性はありません。そうするためには、すべての陽子を中性子に変換する必要があったはずですが、それは明らかに起こりません。

— ベン

それらは置き換えられません。

通常の星の融合は実際には多くのプロセスを意味し、ニュートリノはこれらに最も一般的に関与しています：

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

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

$c$

$\beta^+$ $\nu_e$

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

電子が生成されると、電子反ニュートリノも生成されます。重要なことは、両方とも同じままであるということです。

レプトン数（電子と電子ニュートリノの総数、反粒子はマイナスカウント）
と電荷（電子：-1、陽電子：+1、陽子：+1、中性子：0、ニュートリノ：0）

星のすべての反応はこれらの法則を守ります。

Ps星は、主に水素をより重い元素に融合させています。水素には中性子がなく、すべての重い元素が持っています（通常、原子核の陽子数が増えると、それに伴って中性子の比率も増えます）。したがって、長期的な傾向としては、中性子の数が増える一方で、電子と陽子の数が星で減少しているということです。それらに代わるものはありません。より大きな星（太陽よりもはるかに大きい）でのみ可能な究極の目的は、電子（および陽子）が非常に少ない中性子星であり、その星は主に大きな中性子球です。

— peterh-モニカの復活
ソース

そのため、すでに恒星プラズマにある電子は、p→n +νe+ e +反応から生じる陽電子と相互作用します。ガンマ線へのこの消滅は、電子が「破壊される」ことを引き起こしませんか？もしそうなら、それが形成した星雲から元々星にあった電子よりも、もし星の他の一般的な反応がそれ以上提供しなければ、最終的には尽きてしまうでしょう。n→p + ve + e反応はそれらを補充しますか？星が保護法に違反していないことを理解しています。電荷がどのように保存されるかではなく、実際の電子がどのように星にとどまるかを明確にできますか。

— Josh Bilak

@JoshBilakいいえ、電子+陽電子は2つのガンマ光子を生成します。記事ではこのバージョンについては説明しませんでしたが、説明しませんでした。はい、アニヒル化は電子を破壊しますが、同じ数の陽電子も破壊します。恒星プラズマは多くの粒子のスープであり、電子による陽電子の消滅は非常に高い確率です（他の反応と比較して）。したがって、作成された少数の陽電子は、消滅する前にほんのわずかしか生きません（おそらくナノ秒程度）。しかし、これは重要ではありませんが、総レプトン数と総電荷の両方が反応で保持されます。

— peterh-モニカを復活させる

考えられるさまざまな反応のすべてを詳しく説明しているため、電荷の保存に違反するものを1つ見つけることができないため、電荷は収束します。星で電子が枯渇しないことは、厳密な要件ではありません。厳密な要件は、電荷とレプトン数の両方が保存されることです。電子は、それが保存則を維持する唯一の方法だからです。しかし、例外があります。星がすべての電子を（ほぼ）破壊する単一の方法があります。もしそれらが陽子を中性子に「結合」する場合です。これはまた（ほぼ）すべてを破壊します

— peterh-Reinstate Monica

その中の陽子（そして何十億光年も離れてそれを検出できるほどの巨大なニュートリノの質量を作り出します）。私が投稿で書いたように、実際の反応はより複雑で、最終的な結果は、電子+陽子->中性子+ニュートリノであることに注意してください！これは超新星爆発で起こります。その結果、陽子と電子のスープが中性子の中性球になります。それが中性子星です。私たちが見た最後の問題は1987年に起こりました（私たちにとって、実際には何千年も前に起こりました）。

— peterh-モニカを復活させる

太陽は中性子星になるには小さすぎますが、より大きな星はできません。中性子の質量が陽子よりも少し大きいという問題があるため、中性子が多すぎて星に共存したくない。自由中性子は、半減期が約20分の陽子+電子+ニュートリノに崩壊します。中性子に富む核では、それらはより長く存在できます（たとえば、トリチウムには陽子が1つと中性子が2つあり、半減期は12年です）。核プロセスだけが中性子を多く作り出すことはできません。中性子星は、陽子を「圧縮」するものがある場合にのみ作成できます

— peterh-Reinstate Monica

ここでポイントを明確にするために、私は他の答えから少し盗んでいます。以下は、すべてがどのように行われるかを正確に示しているわけではありませんが、電子と陽電子がどのようにバランスが取れているかを明らかにする必要があります。

答えの鍵は、反応のこの部分にあります。2つの水素原子が1つの水素原子になります。水素原子は、1つの電子と1つの陽子および0個以上の中性子でできています。ここで、このステップでは、1つの水素原子で陽子が中性子に反転し、陽電子を放出します。陽電子は、次に、その水素原子の電子を消滅させます。したがって、水素原子（1つの陽子と1つの中性子と1つの電子）と2つのガンマ線が生成されます。

— 腫瘍
ソース