¿Por qué la vida útil de un protón libre es mucho más larga que la vida útil de un neutrón libre?

El protón es estable : nunca hemos visto una descomposición de protones. Varios experimentos nos han permitido poner un límite inferior a la vida útil del protón. Un límite inferior significa que la vida útil debe ser al menos esa cantidad, pero puede ser mucho más alta e incluso infinita. El límite inferior medido recientemente es extremadamente alto, alrededor de [matemática] 10 ^ {34} [/ matemática] años (¡17 órdenes de magnitud más largos que la edad actual del universo!), Probablemente porque el modelo estándar de física de partículas predice que El protón no se descompone y, por lo tanto, su vida útil es infinita .

Algunas teorías hipotéticas predicen que los protones se descomponen, y los experimentos que mencioné están buscando evidencia de esto para apoyar la refutación de estas teorías, pero hasta ahora no hemos visto ni un solo protón en descomposición.

Información adicional, siguiendo un comentario del OP:

La regla general es que la partícula más ligera en alguna categoría de partículas es la única partícula estable en esa categoría, y todas las demás partículas se descomponen en partículas más ligeras después de un tiempo finito. Esto es cierto para algunas categorías de partículas (p. Ej., Leptones y bariones) pero no para otras (p. Ej., Mesones).

También tenga en cuenta que si una partícula tiene una vida media de x segundos, no significa que la partícula siempre se descompone exactamente después de x segundos; Es solo un promedio.

La mayoría de las partículas inestables solo existen por períodos de tiempo muy cortos, generalmente solo fracciones de segundo. El artículo La descomposición de partículas en Wikipedia tiene una tabla con las vidas medias de algunas partículas. Para obtener listas más completas, consulte la Lista de bariones y la Lista de mesones. Para obtener una lista aún más completa, consulte el sitio web del Grupo de datos de partículas.

La descomposición de protones no se ha observado, que 10 ^ 34 años es un límite inferior.

El neutrón es más pesado que el protón y se descompone por una interacción débil. La reacción inversa es imposible en el espacio libre.

Si el protón se descompone, debe hacerlo mediante un mecanismo completamente diferente al que produce la descomposición del neutrón. Dado que el protón es el barión más liviano, el mecanismo debe ser uno que viole el número de bariones, y tales caries son, hasta ahora, descartadas por el experimento.

El mínimo SU (5) GUT predijo la desintegración de protones a tasas observables; no se observó, lo que implica que cualquier violación del número bariónico está mediada por partículas de mayor masa que las partículas X del SU (5) GUT.

La vida útil de las partículas está determinada por la estabilidad de la estructura de la partícula. Para responder a su pregunta, los físicos solo pueden decir que notan que los protones no se descomponen mientras se ve la descomposición de los neutrones.

La estructura interna de un protón se considera actualmente como dos quarks arriba y uno abajo. La estructura interna de un neutrón se considera actualmente como un quark up y dos quarks down.

Este modelo pronto será revisado como la solución a la teoría de todo lo que se agita en la academia de física. Los protones están compuestos por tres quarks y un electrón. Los neutrones están compuestos por tres quarks y dos electrones. Cuando un neutrón se descompone, libera uno de sus electrones (junto con algo de energía en forma de neutrino).

Los quarks descendentes no son partículas fundamentales, son quarks ascendentes asociados con un electrón.

El secreto de la estructura interna del protón es el quark up. La energía E2 de un quark up existe en dos de las tres dimensiones del espacio-tiempo. Los quarks ascendentes tienen forma de cilindro. Es por eso que un quark up tiene una carga de 2/3, ya que crea su campo eléctrico en 2 de las tres dimensiones del espacio-tiempo. Hay un fuerte vector de campo magnético que atraviesa su eje cilíndrico. Este campo magnético es responsable de la fuerza fuerte. La fuerza es tan fuerte que dobla la forma del cilindro donde tres quarks arriba forman un anillo de quark arriba. Un protón tiene un electrón en el centro del anillo que estabiliza el anillo de quark up. (Un neutrón tiene dos electrones asociados con la región central del anillo de quark up). Si el electrón se retira del anillo de quark up, el anillo por sí solo no es estable y el anillo se desintegrará en dos positrones.

Puede encontrar la base para esta respuesta y otras en un libro de texto de física básico titulado “La entidad de Dios: la teoría de todo de Gordon”. El material cubierto en este libro representa un curso faltante del plan de estudios de pregrado de física que debe tomarse después de Física II y antes de los cursos de Relatividad y Mecánica Cuántica. La teoría de todo de Gordon establece la base correcta sobre la cual todo el campo de la física necesita ser reconstruido; modificando los postulados utilizados para derivar GR y QM y finalmente uniéndolos.

Porque el protón es una partícula estable mientras que el neutrón no lo es.

Simplemente calcule el valor Q de la reacción de descomposición de ambas partículas (el protón se descompone en un neutrón, un positrón y un neutrino, mientras que un neutrón se descompone en un protón, un electrón y un antineutrino).
Para el protón será -ve mientras que para el neutrón será + ve. Esto muestra que la descomposición espontánea de un ptoton libre no tiene lugar.

Una cosa es que el protón es bastante estable y no se descompone, principalmente porque tiene que descomponerse en un neutrón.

Pero aquí está la captura que no puede descomponerse espontáneamente en neutrones porque la masa de un protón es ligeramente menor que la masa de un neutrón.

Pero sí, aquí hay una cosa interesante: esta desintegración de protones es perfectamente posible dentro del núcleo (sucede a expensas de su energía de unión). Dentro del núcleo se desintegra en un neutrón, un positrón (anti electrón) y un neutrino (partículas casi sin masa).