¿Cómo explicamos por qué las energías requeridas para cambiar el núcleo son mucho más altas que las que se encuentran en la química?

En palabras de Sir Isaac Newton (ligeramente editado):

Ahora las partículas más pequeñas de materia pueden cohesionarse por las atracciones más fuertes y componer partículas más grandes de virtud más débil; y muchos de estos pueden cohesionar y componer partículas más grandes cuya virtud es aún más débil, y así sucesivamente para diversas sucesiones, hasta que la progresión termine en las partículas más grandes de las que dependen las operaciones en química y los colores de los cuerpos naturales, y de las cuales se unen componer cuerpos de una magnitud sensible.

Si comienza con un montón de pequeñas partículas, las que experimentan las atracciones más fuertes entre sí se unirán para formar partículas compuestas; estas partículas compuestas y otras partículas sobrantes aún pueden experimentar atracciones entre sí y, por lo tanto, ser coherentes para formar partículas compuestas más grandes, y así sucesivamente. Tiene sentido que las fuerzas más fuertes sean las que mantienen unidos a los componentes más fundamentales; las fuerzas más fuertes tienen que ser “neutralizadas” primero antes de que las fuerzas más débiles puedan prevalecer para determinar la configuración estable de las partículas.

Entonces, el hecho de que los nucleones estén unidos entre sí en núcleos más fuertemente que los electrones están unidos a núcleos para formar átomos es la única forma en que las cosas podrían haber sido. Si la fuerza electromagnética hubiera sido más fuerte que la fuerza nuclear fuerte, entonces no tendríamos núcleos atómicos con electrones en órbita; tendríamos “átomos de hidrógeno” (estados unidos a protones y electrones) unidos en “moléculas” por la fuerza fuerte. Una vez más, la fuerza más poderosa sería responsable de obligar a un nivel más fundamental.

La respuesta no es diferente en principio de lo que sucede cuando llueve y la lluvia se condensa de las nubes. Durante el Big Bang, no hubo química, solo física subnuclear, y luego, a medida que el espacio-tiempo se expandió y enfrió, las partículas nucleares se condensaron. La electroneutralidad significaba que se producía una gran cantidad de electrones libres y que no podían condensarse porque eran fermiones. (El principio de exclusión y todo eso). Finalmente, cuando la química se hizo posible, cuando todas las cosas pesadas ya estaban condensadas en protones y neutrones, quedaban todas las cosas sobrantes a menor energía (fotones sin masa). Entonces, lo que ves es lo que obtienes. Si hubiera otras cosas raras que se condensaran a cierta temperatura, estaríamos viendo eso. Oh si, materia oscura.