¿Por qué se forman los neutrones cuando los electrones y los protones se juntan dentro de las estrellas de neutrones?

Un neutrón libre es una partícula inestable: uno de sus quarks hacia abajo se descompone espontáneamente en un quark up, un electrón y un antineutrino.

Cualquier reacción como esa es reversible, si hay suficiente energía en el canal de entrada para formar todas las partículas en el canal de salida. En la descomposición original del quark down, la energía para producir un electrón y un antineutrino proviene del hecho de que el quark down es ligeramente más pesado que el quark up, en el que se desintegra.

En la reacción inversa:

arriba quark + electrón → abajo quark + neutrino,

que convierte a los protones en neutrones, la energía debe venir de algún lado. En el caso de una estrella de neutrones, proviene de la energía cinética de protones y electrones, que a su vez se debe a las enormes temperaturas dentro de la estrella que se colapsa (y las grandes temperaturas se deben a la liberación de la energía gravitacional).

Varias respuestas precisas describen las interacciones débiles que permiten que un protón capture un electrón.

Conceptualmente igual de importante: sea cual sea la reacción, es reversible y se empujará en la dirección que reduce la energía total (libre), por lo que iguala el potencial químico. En una estrella en colapso, los neutrones a alta densidad deben, por el principio de exclusión, ocupar estados cuánticos de alto momento y tan alta energía. Los protones a baja densidad pueden existir en un momento bajo y, por lo tanto, en energía, por lo que las interacciones débiles proceden en la dirección de producir protones. El proceso se detiene cuando los potenciales químicos son iguales, básicamente cuando la diferencia de energía de Fermi entre los protones y los neutrones es igual a su diferencia de masa. Dependiendo de la profundidad y el tamaño de la estrella de neutrones, alrededor del 10% de protones.

En el núcleo de las grandes estrellas de neutrones, quizás los nucleones se comprimen lo suficientemente cerca como para que los quarks corran libremente entre ellos, y existe una ecualización de potencial químico similar entre los quarks u, d y s. En la mayor parte del volumen de la estrella de neutrones, los quarks están confinados a nucleones individuales y los nucleones son una forma mucho más simple de describir el sistema.

Cuando un neutrón se elimina de un núcleo, se descompone rápidamente en un protón, un electrón y una pequeña cantidad de energía residual que actualmente se conoce como neutrino. Por lo tanto, la realidad nos llevaría a creer que un neutrón está compuesto de esos tres elementos.

Los Quarks solo existen en el modelo matemático que los contiene. Aquellos que quisieran que creyeran que su modelo que contiene quark es más realista que la realidad observada son matemáticos.

Los neutrones son solo la forma estable de protones de carga, ya que los neutrones tienen algunas cargas extra más débiles que cumplen esa función. Los protones son mucho más estables estructuralmente debido a sus cargas internas muy fuertes (a través de quarks) y sin cargas adicionales.

¿Por qué se forman los neutrones? Debido a que todas las cargas buscan convertirse en carga electrostática neutra mediante la interacción de fuerza de carga de atracción con cargas de tipo opuesto. Que los componentes protón + electrón + neutrino es lo que hace un neutrón.

Según la teoría convencional, cuando los átomos de una estrella en colapso absorben los electrones orbitales, transforman el quark up del protón en un quark down con la creación de neutrinos electrónicos que compensan la pérdida de identidad de los electrones.

Los neutrinos y sus antipartículas están ahí solo para explicar lo que sucede con la identidad de los leptones a medida que los científicos se sumergen en ella al insistir en la conservación de los leptones.

Se solía pensar que los agujeros negros violan la segunda ley de la termodinámica porque la entropía se perdió cuando la materia y / o la energía caen en ella. Beckenstein argumentó que la entropía no es destruida por los agujeros negros, es decir, continúa dentro del agujero negro. Estoy totalmente de acuerdo.

La identidad de Lepton nunca se destruye porque es más lógico suponer que los electrones y los positrones son las únicas partículas fundamentales de las que está hecha toda la materia. Debido a que son muones y tauons inestables (partículas de tau) son formas de electrones y positrones de mayor energía dependiendo de su carga. Además, no existe la antimateria; Los positrones y los electrones son partículas de materia cargadas positiva y negativamente.

Entonces, cuando los electrones se ven obligados a entrar en el núcleo de átomos para formar neutrones en una estrella en colapso, no se forman neutrinos porque los electrones todavía están en el núcleo, es decir, su identidad nunca se destruye; Al igual que un agujero negro nunca destruye la entropía.

Para una mejor manera de comprender lo que realmente les sucede a los electrones que son capturados por los núcleos, vea Alternativa a la estructura de los nucleones de Kasim Muflahi sobre Teoría alternativa de todo.

En física, para aquellos que conocen cierto nivel de física, el protón dentro del núcleo de un átomo a veces, de acuerdo con una situación física, captura un electrón de la capa k, se llama captura de electrones. Esto se puede mostrar como,

P + e— → n (neutrón) + positrón + neutrino.

Este es uno de los procesos de desintegración beta.

En este proceso, un quark up se convierte en quark down (entonces → udd = n) + w + (bosón) – → -> positrón + neutrino. En la estrella de neutrones, si el electrón golpea al protón, significa que al igual que la captura de electrones, la reacción será P + e— → n + positrón + neutrino, el proceso como se muestra antes.

La naturaleza siempre busca estados más energéticamente favorables. Un grupo de partículas cargadas eléctricamente, como los protones y los electrones, tiene que lidiar con todas las fuerzas repelentes entre electrones y entre protones, mientras que un grupo de partículas eléctricamente neutras como los neutrones y los neutrinos no tiene que luchar con esas fuerzas y puede vivir felizmente en zonas más densas. condiciones Entonces, cuando presionas los protones y los electrones con mucha fuerza y ​​los acercas lo suficiente como para que la interacción débil funcione (la interacción débil es de corto alcance), entonces a través de esta interacción débil, los electrones pueden convertirse en neutrinos y su carga llevada por los bosones W a los quarks en los protones cambian algunos de ellos entre quarks arriba y abajo, por lo que terminas con una configuración diferente de quarks, neutrales, conocidos como neutrones. Y muchos neutrinos que casi no interactúan con nada para que puedan irse fácilmente.

Interacciones débiles . También se crea un neutrino electrónico para equilibrar el “número de electrones”, que se conserva en interacciones débiles, que también rigen la conversión de un tipo de quark en otro.

Como puede imaginar, se producen bastantes neutrinos en este proceso. Aunque casi nunca golpean nada (su camino libre medio en plomo sólido es aproximadamente un año luz), ¡hay tantos que destruyen las partes externas de la estrella en una supernova !