Wie kann Neutron in Proton und Elektron umgewandelt werden?

Ein Neutron besteht aus 3 Quarks, zwei Up-Quarks und einem Down-Quark. Der Prozess, von dem Sie sprechen, wird als Beta-Zerfall bezeichnet . Es ist eine schwache nukleare Wechselwirkung, die wie folgt zusammengefasst werden kann:

Eines der Up-Quarks ($u$) zerfällt unter Bildung eines Down-Quarks ($d$), ein Elektron ($e^-$) und ein Antineutrino ($\bar\nu$). Der endgültige Baryonenzustand hat zwei Down-Quarks und ein Up-Quark, das ist ein Proton. Dieser Prozess folgt einigen Erhaltungsgesetzen.

• Erhaltung der Baryonenzahl :$1 \rightarrow 1$, Jedes Quark zählt für$1/3$einer Baryonenzahl. Das Drei-Quark-Proton und Neutron sind jeweils$1$baryon. Dies behält die gleiche Anzahl von Quarks auf jeder Seite des Pfeils bei.
• Erhaltung der Leptonenzahl $0 \rightarrow +1 -1$. Ein Neutrino ist auch ein Lepton, und ein Antiteilchen zählt dazu$-1$seines Typs. Das Elektron und das Antineutrino ergeben also auf der rechten Seite insgesamt null Leptonen.
• Ladungserhaltung $0 \rightarrow +1 -1 +0$. Der$(udu)$Neutron und das Anti-Neutrino haben keine Ladung. Der$(udd)$Proton hat$+1$Ladung und das Elektron hat$-1$, also ist die Ladung auf beiden Seiten des Pfeils Null.
• Erhaltung der Energie $E_n \rightarrow E_p + E_e + E_\nu$. Die Gesamtenergie der Teilchen auf jeder Seite ist gleich.

Energieeinsparung ist ein bisschen mehr als nur das. Alle Teilchen haben Masse, also haben sie folgende Energie$E=mc^2$. Außerdem könnten sie kinetische Energie haben, wenn sie sich bewegen.

Wenn das anfängliche Neutron in Ruhe ist, dann ist es seine Energie$E_n=(1.008664\,\mathrm{u})c^2 = 939.6$MeV, wo$\mathrm{u}$ist die atomare Masseneinheit und MeV ist ein Megaelektronenvolt, eine Energieeinheit. Ein ruhendes Proton hat eine Energie von$E_p = 938.3$MeV und ein ruhendes Elektron hat$E_e = 0.5$MeV. Niemand kennt die Ruhemasse eines Neutrinos, aber sie ist mindestens eine Million Mal geringer als die eines Elektrons. Wir nennen es null, obwohl es nicht...

Wenn wir dies zusammensetzen und davon ausgehen, dass alles in Ruhe ist, erhalten wir:

Ein nuklearer Zerfall ist nicht etwas, das bereits existiert und aus einem Teilchen herausgezogen wird. Es ist die Schaffung neuer Teilchen. Solange der Übergang alle Erhaltungsgesetze respektiert, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass er eintritt.