Как нейтрон может превратиться в протон и электрон?

Нейтрон состоит из 3 кварков, двух верхних кварков и одного нижнего. Процесс, о котором вы говорите, называется бета-распадом . Это слабое ядерное взаимодействие, которое можно обобщить следующим образом:

Один из верхних кварков ($u$) распадается с образованием нижнего кварка ($d$), электрон ($e^-$) и антинейтрино ($\bar\nu$). В последнем барионном состоянии есть два нижних кварка и один верхний, это протон. Этот процесс подчиняется нескольким законам сохранения.

• сохранение барионного числа :$1 \rightarrow 1$, Каждый кварк имеет значение$1/3$барионного числа. Каждый трехкварковый протон и нейтрон$1$барион. Это поддерживает одинаковое количество кварков с каждой стороны стрелки.
• сохранение лептонного числа $0 \rightarrow +1 -1$. Нейтрино также является лептоном, а античастица считается$-1$своего типа. Таким образом, электрон и антинейтрино в сумме дают ноль лептонов в правой части.
• сохранение заряда $0 \rightarrow +1 -1 +0$. $(udu)$нейтрон и антинейтрино имеют нулевой заряд. $(udd)$протон имеет$+1$заряд и электрон имеет$-1$, поэтому заряд равен нулю по обе стороны от стрелки.
• сохранение энергии $E_n \rightarrow E_p + E_e + E_\nu$. Суммарная энергия частиц с каждой стороны одинакова.

Энергосбережение — это нечто большее. Все частицы имеют массу, поэтому у них есть энергия, следующая за$E=mc^2$. Кроме того, они могут иметь кинетическую энергию, если они движутся.

Если начальный нейтрон покоится, то его энергия равна$E_n=(1.008664\,\mathrm{u})c^2 = 939.6$МэВ, где$\mathrm{u}$— атомная единица массы, а МэВ — мегаэлектронвольт, единица энергии. Протон в состоянии покоя имеет энергию$E_p = 938.3$МэВ, а покоящийся электрон имеет$E_e = 0.5$МэВ. Массу покоя нейтрино никто не знает, но она как минимум в миллион раз меньше электрона. Мы назовем это нулем, даже если это не...

Когда мы сложим это вместе, предполагая, что все покоится, мы получим:

Ядерный распад — это не то, что уже существует, будучи вырванным из частицы. Это создание новых частиц. Пока переход соблюдает все законы сохранения, существует вероятность того, что он произойдет.