Un neutrón no está hecho de un protón, más un electrón más un antineutrino electrónico.
Un neutrón puede descomponerse en un protón, un electrón y un antineutrino de electrones en el espacio libre por una interacción débil; es algo muy diferente de estar hecho de esas partículas. Puede transformarse en ellos con una cierta probabilidad y una cierta liberación de energía.
Ahora, la masa del protón es de 938.28 MeV, la masa del neutrón es de 939.57 MeV y la masa del electrón (positrón) es de .511 MeV. La masa del deuterón es 1875.613 MeV. Estoy haciendo todo esto de forma rápida y descuidada.
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Entonces, en primer lugar, la energía de unión del deuterón, que se forma a partir de un neutrón y un protón, es:
[matemáticas] B (^ 2 \ text {H}) = m_D – m_p – m_n = -2.237 \ text {MeV} [/ math]
Es decir, la formación del deuterón a partir de un neutrón y un protón generalmente liberará aproximadamente 2,24 MeV de energía de unión. Esta reacción es exergónica. Éste es el punto clave.
Si esta reacción ocurre en el espacio libre, generalmente liberará la energía de unión en forma de un fotón.
Ahora, por supuesto, no estás comenzando con un neutrón y un protón, estás comenzando con dos protones.
Por lo tanto, también debe considerar la formación en el espacio libre de un neutrón a partir de un protón por una interacción débil. El neutrón es más masivo, y debe conservar la carga y el número de leptones, por lo que esta reacción es endergónica ya que tiene neutrinos de neutrinos, positrones y electrones en el estado final: absorbe energía. Si esa energía no está disponible, entonces no puede suceder.
La segunda reacción cuesta una energía mínima:
[matemáticas] \ Delta E = m_p – m_n – m_e – m_ \ nu = -1.801 \, \ text {MeV}. [/ math]
Aquí podemos tomar con seguridad [math] m_ \ nu = 0. [/ math] Todos los neutrinos tienen masas muy pequeñas, mucho más pequeñas ciertamente, que 1 MeV.
Entonces, mediante este cálculo rápido, puede ver que la reacción general:
[matemáticas] p + p \ rightarrow D + e ^ + + \ nu_e, [/ matemáticas]
debería liberar alrededor de 0.436 MeV.
Por lo tanto, la reacción general está energéticamente permitida, ya que el deuterón es un núcleo débilmente unido, está lo suficientemente unido como para permitir la descomposición débil que convierte un protón en un neutrón cuando dos protones están lo suficientemente cerca el uno del otro.
En el Sol, la reacción se desarrolla en dos pasos, de hecho. Primero, el interior del Sol está bastante caliente, aproximadamente 14,000,000 K o aproximadamente 1.2 keV. Por lo tanto, hay muy pocos protones en el Sol, en las colas de la distribución térmica, que se mueven lo suficientemente rápido como para poder superar su repulsión de Coulomb y acercarse a una distancia lo suficientemente corta como para que la fuerte interacción entre los protones se vuelva importante, y formar un estado resonante intermedio de corta duración llamado diprotón, a veces, o a veces llamado 2-Helio [matemáticas] ^ 2 \ text {He}. [/ matemáticas] Pero [matemáticas] ^ 2 \ texto {He} [/ matemáticas] es no es un núcleo unido, por supuesto, por lo que la mayoría de las veces simplemente se divide en dos protones.
Sin embargo, en raras ocasiones, se produce una interacción débil que convierte uno de los dos protones en un neutrón mientras los protones todavía están muy juntos, y luego se libera la energía extra de unión del deuterón, y queda disponible para la formación del neutrón y el positrón y el neutrino electrónico, así como un poco de energía extra dividida entre las tres partículas finales.
El neutrino pasa directamente del Sol como si no hubiera nada en su camino, y el positrón se aniquila bastante rápido en un electrón en el núcleo del Sol, generalmente liberando 2 fotones con una energía total de 1.022 MeV.
Entonces, la reacción general en el Sol libera alrededor de 1.46 MeV.
