При бета-распаде нейтрон освобождает электрон и превращается в протон. Обратное происходит, хотя обычно и не естественным образом, при испускании позитронов, когда протон испускает позитрон и становится нейтроном. Поскольку электрон имеет массу, примерно 1/1836 массы протона, мне было интересно, как долго это может продолжаться? Можем ли мы теоретически позволить протону или нейтрону полностью распасться только на электроны, позитроны и энергию? Или, вообще говоря, лептоны, такие как нейтрино и тому подобное. Я знаю, поскольку протоны очень стабильны, они не просто распадаются естественным образом, но если вы вложите в это много энергии, может ли это произойти? А если нет, то почему?
Протоны и нейтроны принадлежат к классу частиц, называемых барионами ; а согласно Стандартной модели физики элементарных частиц барионное число сохраняется. И протоны, и нейтроны имеют барионный номер 1; лептоны и фотоны имеют барионное число 0. Поэтому, если вы начнете с нескольких протонов и нейтронов (барионное число не равно нулю), вы не сможете остаться без барионов.
Протон — самый легкий барион, поэтому в целом свободные нейтроны (и другие более экзотические барионы) в конечном итоге распадаются на протоны. Но протон не может распасться, так как нет более легкого бариона, в который он мог бы превратиться. И наоборот, если я возьму кучу протонов и нейтронов и каким-то образом вложу в них кучу энергии, я могу получить несколько более экзотических барионов; но я никогда не останусь только с лептонами и фотонами.
Существуют гипотетические расширения Стандартной модели, которые, если они верны, допускают изменение барионного числа системы. Были проведены эксперименты по поиску таких нарушений, в первую очередь по поиску распада протона . Однако до сих пор ни в одном таком эксперименте не наблюдалось изменение барионного числа системы.