¿Por qué los neutrones no son estables por sí mismos sin protones cercanos?

Física especulativa aquí.

En una interpretación evolutiva de la física de partículas existe una competencia por la energía. El equilibrio que existe entre el protón y el neutrón en el estado unido en el núcleo atómico es un reflejo de este principio (especulativo).

La energía es el combustible que alimenta las partículas. Sin consolidar, el neutrón tiene una masa ligeramente mayor (y, por lo tanto, energía) que el protón. Cuando los dos se combinan en el núcleo atómico, parte de esta energía adicional se convierte en la energía de unión de un par neutrón-protón y otra parte se gasta en otro lugar en lo que se conoce como subproductos de la reacción. Los constituyentes de este par son entidades nuevas, diferentes del neutrón y el protón que existen en el estado no unido.

La razón por la que el neutrón y el protón prefieren compartir una existencia común en esta supervivencia del contexto más apto de la física de partículas evolutivas es que dicha configuración es más capaz de manejar y ajustar las demandas de energía que cualquiera de las dos por separado. Si luego pregunta por qué es así, debo responder lamentablemente que nadie lo sabe. (Vea la respuesta de Robert Reiland a ¿Por qué los neutrones no son estables por sí solos sin protones cerca? Aunque para una excelente explicación de hasta qué punto somos capaces, alrededor de 2017, de explicar el fenómeno).

En su inclinación a intercambiar energía potencial por energía cinética, la naturaleza no es muy diferente a la mayoría de los organismos gubernamentales en el mundo humano que prefieren gastar dinero y mantenerlo circulando en lugar de guardarlo en sus arcas, la diferencia es que la naturaleza siempre reconoce y se adhiere hasta el límite de lo que está disponible para gastar.

(Por supuesto, existe ese bit de “pedir prestado del vacío”, pero la naturaleza siempre paga sus deudas de energía rápidamente).

En los intentos de explicaciones alusivas a los acontecimientos en los campos de la economía y la política, una frase que se encuentra con frecuencia es: “Sigue el dinero”. Ese mismo principio también puede tener aplicación en la física de partículas. En este contexto y en el caso en cuestión, el “dinero” es energía y la intensa competencia por él es tan grande como la competencia por el dinero en el mundo de las finanzas.

Existe una teoría no convencional que afirma que los protones y los neutrones están estructurados como átomos con un núcleo positivo poblado por positrones y orbitados por electrones. Un protón tendrá un positrón adicional en su núcleo y un neutrón tendrá el mismo número de electrones y positrones.

El protón es el epítome de la estabilidad, por lo tanto, el electrón adicional en el neutrón debe estar desestabilizándolo, pero no sabemos por qué ni cómo. Sin embargo, cuando un protón y un neutrón se combinan para formar un núcleo, forman orbitales nucleares al igual que los átomos forman orbitales moleculares. Esto significa que el electrón desestabilizador ahora vaga libremente dentro del orbital nuclear dejando al neutrón como un protón que es el epítome de la estabilidad; y se vuelve indistinguible del protón.

El neutrón libre, al ser desestabilizado por el electrón adicional, liberaría ese electrón y algo más dejando atrás un protón. Esto es más fácil de ver demandando a la teoría no convencional que la teoría convencional que involucra quarks que no pueden aislarse.

No hay necesidad de la fuerza débil con su partícula W que necesita tomar 80 veces la energía del neutrón del vacío y devolverla poco después. Debido a que los protones y los neutrones se unen electromagnéticamente, tampoco es necesaria la fuerza fuerte.

QM ha demostrado que es imposible que el electrón (y el positrón) se localicen dentro del núcleo utilizando el principio de incertidumbre de Heisenberg. Por lo tanto, ningún científico en su sano juicio aceptaría la teoría no convencional porque invalidaría la teoría del quark y el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Casi todo el mundo ha oído hablar de la ‘teoría de la onda piloto’, pero sigue siendo una teoría no convencional a pesar del hecho de que explica el experimento de doble rendija mejor que las teorías convencionales.

Para obtener más información sobre la teoría no convencional, consulte The One Force of Nature, un libro electrónico de David Simmons.

Para complementar la respuesta de Robert Reiland: los protones y los neutrones “quieren” estar juntos, debido a la fuerte fuerza. Por lo tanto, aunque dos protones * tienen menos energía de masa que un protón libre y un neutrón libre, si tiene el protón y el neutrón unidos, esta energía es aún menor que dos protones libres *, por lo que es aún más estable. Es por eso que no son estables sin protones, sino que son estables con protones.

* más un electrón más un neutrino anti-electrón

La masa de neutrones es ligeramente más grande que la masa de protones (1MeV). Por lo tanto, existe la probabilidad de que el neutrón se descomponga en una configuración más estable desde el punto de vista energético, por lo tanto, lo hace. Es una decadencia débil, por lo tanto, la vida útil es larga (alrededor de 10 minutos).

La hipótesis de la física de partículas de que cualquier cosa que pueda descomponerse en otra partícula se descompondrá en esas partículas está bien verificada. Para que una partícula aislada, como un neutrón, se descomponga, debe tener más masa que la masa combinada de los productos de descomposición, y debe haber un conjunto de productos que, en combinación, tenga la misma carga eléctrica que el neutrón (cero), el mismo giro neto (1/2 en la unidad cuántica de momento angular), el mismo número de quarks y ninguna otra cantidad conservada no presente en el neutrón.

El resultado de un protón, un electrón y un neutrino anti-electrón cumple con este criterio. Sin embargo, hay un paso intermedio antes de que aparezcan las dos últimas partículas. Este es un W-, que rápidamente se descompone en el electrón y el antineutrino.

Pedir una explicación más fundamental es similar a preguntar por qué una bola rodará cuesta abajo en una pendiente de baja fricción. En ambos casos, se trata de la idea de que los sistemas minimizarán la energía potencial siempre que no se les impida hacerlo.

La masa es energía potencial.

MC Physics sugiere que los neutrones son solo protones con algunos componentes subatómicos adicionales (uno de ellos es un electrón). Se necesitan fuerzas / cargas externas para hacer que un interruptor vaya en cualquier dirección, con el estado de neutrones solo estable durante aproximadamente 15 minutos.

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