Rozpad protonu

Rozpad protonu je hypotetický jev, při kterém se (zdánlivě) stabilní proton může rozpadnout na mezon a lepton; dominantním kanálem je pak rozpad na pion ${\displaystyle \displaystyle \pi ^{0}}$ a pozitron ${\displaystyle \displaystyle e^{+}}$^{[pozn. 1]}. Tento rozpad vyplývá z většiny variant teorií velkého sjednocení. V nejjednodušších variantách teorie rozpad protonu probíhá za pomoci hypotetických X a Y bosonů.

Znázornění rozpadu protonu na ${\displaystyle \displaystyle \pi ^{0}}$ a ${\displaystyle \displaystyle e^{+}}$.

Možné průběhy dominantního kanálu rozpadu

${\displaystyle uud\to \ (X\,d)\to \ e^{+}+d{\overline {d}}}$

${\displaystyle uud\to \ (Y\,u)\to \ e^{+}+u{\overline {u}}}$

Při reakci přes boson X vzniká tento boson ze dvou kvarků u a přeměňuje se na antikvark ${\displaystyle \displaystyle {\overline {d}}}$ vázaný ve výsledném pionu ${\displaystyle \displaystyle \pi ^{0}}$ a na pozitron ${\displaystyle \displaystyle e^{+}}$. Při reakci přes boson Y vzniká tento boson z kvarku u a kvarku d a přeměňuje se na antikvark ${\displaystyle \displaystyle {\overline {u}}}$ vázaný ve výsledném pionu ${\displaystyle \displaystyle \pi ^{0}}$ a na pozitron ${\displaystyle \displaystyle e^{+}}$.

Feymanův diagram znázorňující rozpad protonu na ${\displaystyle \displaystyle \pi ^{0}}$ a ${\displaystyle \displaystyle e^{+}}$.

Experimentální potvrzení rozpadu protonu

O experimentální potvrzení tohoto jevu a poskytnutí experimentální podpory teoriím velkého sjednocení se pokouší několik světových laboratoří. Stále se prodlužující experimentálně zjištěná minimální hodnota střední doby života protonu (τ > 10³¹ roků obecně,^[2] pro jednotlivé modely a kanály rozpadu až v řádu 10³⁴)^[3][4] již vyloučila mnohé z nejjednodušších variant teorie, zejména pokud se jedná o varianty bez předpokladu supersymetrie. Z takto vysokých hodnot doby života je zřejmé, že na detekci rozpadu v rozumném časovém rámci je potřeba obrovské množství protonů (např. řádově km³ vody).

Poznámky

1. Hypotetických kanálů rozpadu vyhovujících základním zákonům zachování (energie, hybnosti a elektrického náboje) je mnoho, kromě ${\displaystyle \displaystyle \pi ^{0}+\displaystyle e^{+}}$ jsou to např. ${\displaystyle \displaystyle \pi ^{0}+\displaystyle \mu ^{+}}$, ${\displaystyle \displaystyle \pi ^{+}+\displaystyle {\overline {\nu _{e}}}}$, ${\displaystyle \displaystyle \eta ^{0}+\displaystyle e^{+}}$, ${\displaystyle \displaystyle \eta ^{0}+\displaystyle \mu ^{+}}$, ${\displaystyle \displaystyle \rho ^{0}+\displaystyle e^{+}}$, ${\displaystyle \displaystyle \rho ^{0}+\displaystyle \mu ^{+}}$, ${\displaystyle \displaystyle \rho ^{+}+\displaystyle {\overline {\nu _{e}}}}$, ${\displaystyle \displaystyle \omega ^{0}+\displaystyle e^{+}}$, ${\displaystyle \displaystyle \omega ^{0}+\displaystyle \mu ^{+}}$, ${\displaystyle \displaystyle \omega ^{+}+\displaystyle {\overline {\nu _{e}}}}$, ${\displaystyle \displaystyle K^{0}+\displaystyle e^{+}}$, ${\displaystyle \displaystyle K^{0}+\displaystyle \mu ^{+}}$, ${\displaystyle \displaystyle K^{+}+\displaystyle {\overline {\nu _{e}}}}$…^[1]