¿Cómo se puede convertir un neutrón en un protón y un electrón?

Un neutrón está formado por 3 quarks, dos quarks arriba y uno abajo. El proceso del que hablas se llama desintegración beta . Es una interacción nuclear débil que se puede resumir así:

Uno de los quarks arriba ($u$) se desintegra produciendo un quark down ($d$), un electrón ($e^-$) y un antineutrino ($\bar\nu$). El estado bariónico final tiene dos quarks down y uno up, que es un protón. Este proceso sigue algunas leyes de conservación.

• conservación del número bariónico :$1 \rightarrow 1$, Cada quark cuenta para$1/3$de un número bariónico. El protón y el neutrón de tres quarks son cada uno$1$barión. Esto mantiene el mismo número de quarks a cada lado de la flecha.
• conservación del número de leptones $0 \rightarrow +1 -1$. Un neutrino es también un leptón, y una antipartícula cuenta como$-1$de su tipo. Entonces, el electrón y el antineutrino suman cero leptones totales en el lado derecho.
• conservación de la carga $0 \rightarrow +1 -1 +0$. El$(udu)$el neutrón y el antineutrino tienen carga cero. El$(udd)$protón tiene$+1$carga y el electrón tiene$-1$, por lo que la carga es cero en ambos lados de la flecha.
• Conservacion de energia $E_n \rightarrow E_p + E_e + E_\nu$. La energía total de las partículas en cada lado es la misma.

La conservación de energía es un poco más que eso. Todas las partículas tienen masa, por lo que tienen energía siguiendo siguiendo$E=mc^2$. Además, podrían tener energía cinética si se están moviendo.

Si el neutrón inicial está en reposo, entonces su energía es$E_n=(1.008664\,\mathrm{u})c^2 = 939.6$MeV, donde$\mathrm{u}$es la unidad de masa atómica y MeV es un mega-electrón-voltio, una unidad de energía. Un protón en reposo tiene una energía de$E_p = 938.3$MeV, y un electrón en reposo tiene$E_e = 0.5$MeV. Nadie conoce la masa en reposo de un neutrino, pero es al menos un millón de veces menor que la de un electrón. Lo llamaremos cero, aunque no es...

Cuando juntamos esto asumiendo que todo está en reposo, obtenemos:

Una desintegración nuclear no es algo que ya existe siendo extraído de una partícula. Es la creación de nuevas partículas. Siempre que la transición respete todas las leyes de conservación, existe la probabilidad de que ocurra.