¿Por qué los neutrones libres son inestables (desintegración beta) mientras que los protones libres son estables y no se desintegran? ¿Tiene esto algo que ver con su falta de propiedades de carga eléctrica?

Tanto los neutrones como las partículas compuestas de protones, formados por tres quarks de valencia. El neutrón está hecho de un quark arriba en dos quarks abajo, mientras que el protón está hecho de dos quarks arriba y uno abajo.

Una regla básica de la física cuántica es que si puede ocurrir una transición, si no viola las reglas de conservación, incluida la conservación de la energía de masa, la conservación de la carga, la conservación del espín, la conservación de los números de bariones y leptones, etc. pasar con alguna probabilidad.

Los quarks hacia abajo y hacia arriba pueden convertirse entre sí a través de la débil fuerza nuclear. Un quark down puede convertirse en un quark up y un bosón W +, que a su vez puede convertirse en un positrón y un neutrino electrónico. Dado que un neutrón tiene un poco más de masa que un protón + positrón + electrón-neutrino, la transición puede ocurrir mientras se libera energía.

Sucede lo contrario: un quark up puede convertirse en un quark down y un bosón W, que puede convertirse en un electrón y un antineutrino electrónico. Pero como un neutrón es más pesado que un protón, no sucede.

Un barión con tres quarks arriba tiene más energía que un protón, por lo que un protón no puede descomponerse en él.

En un núcleo, las cosas son más complicadas. Los nucleones cercanos cambian los niveles internos de energía dentro del núcleo, por lo que los neutrones no se descomponen necesariamente. Un núcleo con un protón y un neutrón (deuterio) tiene un nivel de energía más bajo que un protón y un neutrón solos, o un núcleo con un protón y un protón unidos entre sí. Entonces el neutrón en el deuterio no se descompone. Sin embargo, en un núcleo de tritio, un protón, dos neutrones, la situación es diferente, y la configuración de dos protones y un neutrón tiene un nivel de energía más bajo, por lo que el tritio se desintegrará en helio-3.

Registramos la electricidad en superficies de macroobjetos y así sucesivamente en superficies de átomos. Si un electrón es portador de electricidad (corrientes eléctricas), entonces nos queda un barión para que lo consideremos un objeto, una partícula subatómica, que tiene electricidad en su superficie. Un barión puede ser un protón o neutrón. Los neutrones y los protones tienen la misma forma, volumen y densidad y, por lo tanto, su estructura interna, independientemente de si su ‘gran núcleo’ es el mismo. Su efecto externo en relación con la electricidad difiere y, por lo tanto, el razonamiento objetivo no nos da las mismas superficies: capas externas, por lo que no hay razón para proponer cargas existentes dentro de un barión.

La conclusión es que si tratamos con cambios muy pequeños en los bariones y están en relación con su entorno, entonces el cambio de neutrones y protones se produce justo en la superficie del barión. En relación con la electricidad, el neutrón produce el electrón, que se va volando. Aquí, la comprensión clásica de que el electrón es el portador de electricidad ya no podría permanecer porque solo una o dos partículas difícilmente podrían formar la capa exterior que cubre una barión. Por lo tanto, necesitamos ir al nivel más pequeño que se llama nivel cuántico para llegar a una física razonable que sea aceptable para la gente; necesitamos trabajar con portadores cuánticos de electricidad muy pequeños. Esto ofrece una nueva visión de las superficies de los bariones: protones y neutrones. Por lo tanto, los bariones están cubiertos por partículas cuánticas, que transportan energía eléctrica y, por lo tanto, tienen un efecto eléctrico en su entorno. Necesitamos dos tipos de partículas cuánticas para la energía eléctrica, ya que existe la energía eléctrica positiva o negativa. Luego, las partículas cuánticas que transportan la electricidad positiva cubren el protón. Las partículas cuánticas que transportan la energía eléctrica negativa dejaron el barión como el objeto macro-cuántico, y así, como el electrón. A partir de él, la entrada estaba cubierta por ambos tipos de partículas cuánticas, al igual que las partículas cuánticas que tenían el efecto eléctrico positivo y las partículas cuánticas que tenían el efecto eléctrico negativo sobre el barión. Estaban equilibrados y, por lo tanto, la vista subatómica en el neutrón no registra ningún efecto eléctrico en su entorno; la fórmula para las fuerzas (eléctricas) es: -efecto cuántico más + efecto cuántico = efecto cuántico cero en el entorno.

La física determina un efecto de fuerza para los potenciales eléctricos por la ley de Coulomb. Si se encuentran tanto el potencial positivo como el negativo, crean un ‘enlace’ que solíamos llamar cortocircuito. Las leyes físicas deben ser válidas en cualquier nivel de la naturaleza, por lo que la fuerza de Coulomb existe en el nivel cuántico, en el mundo cuántico. Por lo tanto, cada portador cuántico de electricidad expresa la fuerza eléctrica cuántica en su entorno; la partícula cuántica que lleva la cantidad negativa de electricidad atrae a la partícula cuántica que lleva la cantidad positiva de electricidad, y viceversa. Ahora, la entrada: el barión está cubierto por ambos tipos de partículas cuánticas para la electricidad. Sabemos que no crean un ‘enlace’ como un cortocircuito. Sin embargo, deben tener un efecto (cuántico) en su entorno, por lo tanto, existe un esfuerzo (cuántico) hacia un ‘cortocircuito’ cuántico allí. Luego obtuvimos el resultado: la desintegración beta. Aún así, el esfuerzo de la fuerza eléctrica (cuántica) no está terminado porque la electricidad (cuántica) diferente se acaba de separar. Gracias a este esfuerzo no terminado, todavía tenemos un efecto eléctrico en los electrones y protones.

La respuesta a su pregunta es: el efecto eléctrico es una razón para que la desintegración beta se ejecute espontáneamente.

Tenga en cuenta que si le interesa saber cómo se ven las partículas cuánticas, qué fuerzas se expresan en su entorno debido a su forma dinámica interna y qué fuerzas llegan a existir debido a sus interacciones, así como a tener una imagen completa de la desintegración beta, le aconsejo que leas el libro, Modelo físico versus modelo estándar.

Los protones en un campo positivo de ionización pueden no interactuar, desintegrarse a una velocidad diferente o reabsorberse en la densidad de la atmósfera de los electrones libres. Sin un mejor hardware de detección que pueda interactuar con las partículas submoleculares para su visualización, la gama completa de comportamientos de propiedad de las moléculas libres será especulativa. Entonces, tal vez no se descomponga, o lo sea, pero es más estable. Estoy seguro de que tiene que ver con sus cargas polares y la estructura dentro de su campo atmosférico.