¿Los protones crean un neutrón cuando chocan? Si lo hacen, ¿de dónde vienen los quarks necesarios para formarlo?

Supongo que estás pensando en la reacción protón-protón que comienza la reacción de la cadena de fusión en las estrellas en el rango de masa del sol y las estrellas más bajas.

En esta reacción, dos protones tienen suficiente energía cinética para acercarse lo suficiente como para que actúen las fuerzas o interacciones fuertes y débiles. Cuando esto sucede, hay una probabilidad muy baja de que uno de los protones se convierta en un neutrón como resultado de un quark up que cambia a un quark down por la interacción débil. Este cambio de sabor de quark disminuye la carga de uno más para el protón a cero para el neutrón. Dado que la carga eléctrica está estrictamente conservada, esto no puede suceder a menos que se produzca otra partícula de carga +1. Esta partícula es el W +, y se emite desde el sistema y se transforma rápidamente en un anti-electrón (carga de +1) y un electrón-neutrino (sin carga).

El resultado final es que se forma un deuterón, y este es un núcleo de hidrógeno pesado con un protón y un neutrón, y un anti-electrón se cierra junto con un neutrino.

Esta reacción tiene una probabilidad tan baja que es poco probable que alguna vez se observe en un laboratorio de la Tierra. Una vez hice una estimación muy aproximada de que incluso en el ambiente de alta temperatura y alta presión en el núcleo del sol, ¡el protón promedio rebota en otro protón algo así como 10 ^ 32 veces antes de que uno se transforme en un neutrón!

Dado que lo que sucede con los quarks es que un sabor, el up, cambia a otro sabor, el down, el número de quarks permanece igual. La interacción débil es la única interacción que puede cambiar el sabor del quark hasta donde sabemos. La interacción débil tiene un rango muy corto y, como su nombre lo indica, no es tan fuerte. Es por eso que esto lleva tanto tiempo.

Es realmente bueno que esta reacción tenga una baja probabilidad. Si fuera solo 1000 veces más frecuente, el sol hubiera explotado hace mucho tiempo o hubiera sido aproximadamente 1000 veces más brillante de lo que es. También habría usado la mayor parte del combustible de hidrógeno en unos 10 millones de años. La vida nunca habría evolucionado en nuestro sistema solar ni en ningún otro lugar.

Sí pueden. Pero no se necesita un quark adicional para hacer ese cambio a un neutrón. según MC Physics, solo se necesita un electrón cercano, un neutrino y algunas otras partículas misceláneas, o sus componentes, para que eso suceda. Tenga en cuenta que todas las partículas cargadas quieren / necesitan volverse neutrales a la carga lo más rápido posible siguiendo la Ley de Coulomb.

editado – De hecho, los neutrones son solo la forma estable de protones cargados inestables, debido a ese proceso de neutralización impulsado.

Usualmente no lo hacen, pero pueden . Un mecanismo bastante común es [matemática] p + p \ to \ pi ^ ++ n + p [/ matemática], que tiene una fuerte resonancia en la energía donde el neutrón y el protón salientes se unen como un deuterón: [matemática] p + p \ to \ pi ^ ++ d [/ math]. Eso es alrededor de la mitad de un GeV para el protón entrante que golpea a otro protón en reposo.

El quark y el antiquark “extra” necesarios para convertir el protón en un neutrón y formar el pión (un estado unido de quark + antiquark) se crean “de la nada” utilizando la energía cinética del protón entrante para producir la masa requerida. . Esto sucede cada vez que intentas sacar un quark de un barión (estado de 3 quark) golpeándolo con otro hadron.

No lo hacen, no en general … los neutrones pueden formarse a partir de una variedad de interacciones, ver: captura de electrones. Los quarks adicionales provienen del mecanismo en cuestión.

Los protones de muy alta energía pueden hacer todo tipo de cosas cuando chocan: las partículas adicionales provienen de la energía cinética de la colisión por la relación masa-energía.

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