En física de partículas, si hay una interacción fundamental (o fuerza) que permite que tenga lugar una interacción determinada y no hay una ley de conservación que prohíba la reacción en un caso particular, entonces la reacción tendrá lugar. La velocidad a la que tiene lugar dependerá de la interacción particular y de la dinámica del estado inicial y final. En estos casos, la interacción permitida por la fuerza débil es:
[matemáticas] d \ rightarrow u + W ^ – \ rightarrow u + e ^ – + \ overline {{\ nu} _e} [/ math]
La fuerza débil también permite:
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[matemáticas] u \ rightarrow d + W ^ + \ rightarrow d + e ^ + + {\ nu} _e [/ math]
La conservación de la energía típicamente permitirá una de estas reacciones y no permitirá la otra reacción dependiendo de la masa / energía de los estados inicial y final.
En el caso particular del neutrón libre y el protón libre, la ley de conservación de la energía permite [matemática] n \ rightarrow p [/ math] pero no permite [math] p \ rightarrow n [/ math]. Resulta que el neutrón es más pesado que el protón en [matemáticas] 1.3 MeV / c ^ 2 [/ matemáticas] (ver masa de neutrones – masa de protones) y, por lo tanto, hay suficiente energía disponible para crear un positrón ([matemáticas] 0.51 MeV / c ^ 2 [/ math]) y un neutrino ([math] \ aprox 0 MeV / c ^ 2 [/ math]) y aún les queda energía para ir a la energía cinética del positrón y el neutrino.
De hecho, la masa de quark hacia abajo menos la diferencia de masa de quark hacia arriba es [matemática] 2.8 MeV / c ^ 2 [/ math] (ver masa de quark hacia abajo – masa de quark hacia arriba) que explica más que la diferencia entre las masas de neutrones y protones: La diferencia en estas diferencias de masa probablemente se deba a la energía electrostática adicional que tiene el protón debido a su carga positiva neta.
Entonces, en los núcleos, es posible que los neutrones se descompongan en protones o que los protones se descompongan en neutrones, pero SOLO si la diferencia en energía del núcleo inicial y el núcleo final es algo mayor que [matemática] 0.51 MeV / c ^ 2 [/ math] necesario para crear un electrón o positrón. Tiene que ser algo más grande para permitir algo de energía cinética para el electrón / positrón más el neutrino.