Question

Чому вільний нейтрон розпадається на протон, електрон і антинейтрино, а вільний протон не може розпастися на нейтрон, позитрон і нейтрино? Спробуйте записати реакції розпаду.​

Answer 1

Розпад вільного нейтрона та протону пов'язаний зі зміною кількості нуклонів і збереженням електричного заряду.

Вільний нейтрон (n) може розпасти на протон (p), електрон (e-) і антинейтрино (ν). Реакція розпаду нейтрона записується так:

n → p + e- + ν

Під час розпаду змінюється кількість нуклонів: з одного нейтрона утворюється один протон та один електрон. Також, зберігається електричний заряд - сумарний заряд реакції до і після розпаду дорівнює нулю.

Натомість, вільний протон (p) не може розпасти на нейтрон (n), позитрон (e+) та нейтрино (ν). Це пов'язано з тим, що протон є стабільною частинкою. Протон не зазнає саморозпаду, оскільки немає жодного процесу, який би дозволяв перетворити протон на нейтрон.

Отже, реакція розпаду протону на нейтрон, позитрон і нейтрино не можлива.

Answer 2

Розпад вільного нейтрона та неможливість розпаду вільного протона пояснюються різницею в масі та електричному заряді цих частинок.

Розпад вільного нейтрона:

1. Вільний нейтрон (n) складається з двох долоньових кварків та одного стрибкового кварку (udd).

2. Під час розпаду один із долоньових кварків перетворюється в стрибковий кварк, і нейтрон стає протоном (p) (uud).

3. Під час цього перетворення відбувається випромінення W-бозона, а також створення електрона (e-) та антинейтрино (ν̅e). Реакція розпаду вільного нейтрона може бути записана так:

   n → p + e- + ν̅e

Ця реакція відбувається завдяки слабкому взаємодії та збереженню електричного заряду.

Розпад вільного протона на нейтрон, позитрон та нейтрино є неможливим через дві основні причини:

1. Вільний протон має положителний електричний заряд (+1e), тоді як нейтрон має нульовий електричний заряд (0e). Збереження електричного заряду у такій реакції неможливе, оскільки сума зарядів вихідних частинок мусить дорівнювати сумі зарядів вхідних частинок.
2. Маса протона більша за масу нейтрона, тому розпад протона на нейтрон вимагав би викидання маси, що порушує закони збереження енергії та маси.

Отже, реакція розпаду вільного протона на нейтрон, позитрон та нейтрино є теоретички неможливою через збереження електричного заряду та закони збереження енергії та маси.