Astronomie

Annihilation de l'antimatière dans les étoiles

Annihilation de l'antimatière dans les étoiles

Les électrons s'annihilent avec les positons produits par des processus de fusion dans les étoiles. Quelle interaction de particules produit de nouveaux électrons pour que le soleil ne manque pas d'électrons ? Ou est-ce qu'il se passe tout autre chose ?

Les cycles de fusion réguliers dans les étoiles produisent des neutrinos et des positons comme sous-produits. Ces positons s'annihilent avec les électrons déjà présents dans le plasma de l'étoile pour produire la lumière que nous voyons finalement. Comment ces électrons sont-ils remplacés ?


La chaîne proton-proton convertit finalement quatre protons en un noyau d'hélium. La charge des 4 protons était équilibrée par 4 électrons, mais l'hélium contient 2 protons (et 2 neutrons), il n'a donc besoin que de 2 électrons pour être équilibré.

Comme vous le soulignez, le processus de conversion d'un proton en neutron libère un positron (et un neutrino électronique), et ce positon s'annihile rapidement avec un électron.

Voici le diagramme de cette page Wikipedia de la chaîne principale p-p.

Ainsi, le processus consomme en fait 6 protons et émet 2 protons, un noyau d'hélium et 2 positons (plus quelques neutrinos) et quelques photons gamma. Les positons s'annihilent avec 2 électrons, libérant plus de photons gamma (généralement 2 ou 3 chacun, selon les alignements de spin du positon et de l'électron).

Si vous additionnez tout, vous verrez que l'équilibre de charge électromagnétique est inchangé.

Nous avons commencé avec 4 protons, qui sont équilibrés par 4 électrons proches dans le plasma du cœur stellaire. (On peut ignorer la paire intermédiaire d'hydrogènes qui sont finalement réémis). Nous nous retrouvons avec un noyau d'hélium qui n'a besoin que de 2 électrons pour être équilibré électriquement, donc si ces 2 autres électrons n'étaient pas annihilée alors l'étoile accumulerait un excès de charge négative.


Ils ne sont pas remplacés.

La fusion dans les étoiles ordinaires signifie en fait de nombreux processus, les neutrinos sont le plus souvent impliqués dans ceux-ci :

  • $p + p ightarrow D + u_e + e^+$
  • $T ightarrow He_3 + u_e + e^+$

Les positons créés trouvent (très) rapidement un électron pour s'annihiler en deux (parfois 3) photons gamma : $e^- + e^+ ightarrow 2 gamma$. Comme vous pouvez le voir, la charge électrique et le nombre de leptons (détaillé ci-dessous) restent. Très rarement aussi des neutrinos (ou quelques particules plus exotiques) peuvent être créés, mais même ces réactions gardent les lois de conservation.

Parfois, les photons gamma peuvent « se désintégrer » en paires électron-positon (ou, très rarement, à une autre paire particule-antiparticule), c'est ce qu'on appelle la production de paires. Cela ne peut se produire qu'à proximité d'une particule chargée électriquement (parce que les photons vont avec $c$, mais les particules résultantes ne le sont pas, donc pour préserver l'impulsion, nous avons besoin de quelqu'un pour éliminer l'excès d'impulsion - cette exigence diminue considérablement la probabilité de cette réaction).

Aucun d'eux ne détruit les électrons. La seule réaction nucléaire qui détruit réellement les électrons est en fait la capture K, ce qui se produit généralement en même temps que le $êta^+$-pourriture. Si cela se produit, un électron disparaît, à la place nous obtenons un neutrino électronique ($ u_e$).

Dans les processus nucléaires des étoiles, le résultat net de la réaction créant/détruisant des électrons ressemble à $n ightarrow p + e + u_e$, ou alors $p ightarrow n + overline{ u_e} + e^+$, ou leur inverse. Notez que ce ne sont que les résultats nets, les processus réels sont plus complexes (impliquant les quarks et les bosons intermédiaires de l'interaction faible ($W^+$, $W^-$, $Z^0$)). Nous pouvons dire que les neutrons se désintègrent en protons ou en électrons (ou l'inverse), ou que les protons se désintègrent en positons et neutrons (ou l'inverse).

Chaque fois qu'un électron est créé, un antineutrino électronique est également créé avec lui. L'important est que les deux restent les mêmes :

  • les nombre de leptons (nombre total d'électrons et de neutrinos électroniques, les antiparticules comptent négativement)
  • et le charge électrique (électron : -1, positron : +1, proton : +1, neutron : 0, neutrinos : 0)

Toutes les réactions dans les étoiles gardent ces lois.


P.s. les étoiles fusionnent principalement de l'hydrogène avec des éléments plus lourds. L'hydrogène n'a pas de neutrons, tous les éléments les plus lourds en ont (généralement, à mesure que le nombre de protons des noyaux augmente, le rapport des neutrons grandit avec elle). Ainsi, la tendance à long terme est vraiment que le nombre d'électrons et de protons diminue dans les étoiles, tandis que le nombre de neutrons augmente. Rien ne les remplace. La fin ultime, qui n'est possible que dans les étoiles plus grosses (beaucoup plus grosses que le Soleil), ce sont les étoiles à neutrons, qui n'ont que très peu d'électrons (et de protons), et l'étoile est surtout une grosse boule de neutrons.


Je vole un peu d'autres réponses, juste pour clarifier le point ici. Ce qui suit n'est pas exactement comment tout cela se passe, mais devrait clarifier comment les électrons et les positons sont équilibrés.

La clé de la réponse se trouve dans cette partie de la réaction : deux atomes d'hydrogène deviennent un atome d'hydrogène. Un atome d'hydrogène est composé d'un électron et d'un proton et de zéro ou plusieurs neutrons. Maintenant, dans cette étape, dans un atome d'hydrogène, le proton se transforme en neutron, émet un positron, qui à son tour peut annihiler l'électron dudit atome d'hydrogène. Il en résulte donc un atome d'hydrogène (avec un proton et un neutron et un électron) et deux rayons gamma.


Voir la vidéo: Vous avez dit anti-étoiles? (Août 2021).