¿Los deuterones recién creados en nuestro Sol liberan fotones? ¿Además de un positrón y un neutrino electrónico?

¿El deuterón recién formado libera automáticamente un fotón?

No directamente. El paso inicial de la cadena p - p es una interacción débil en lugar de una interacción electromagnética. Sin embargo, este paso inicial libera un positrón. Ese positrón tiene una vida extremadamente corta porque la alta densidad de materia en el núcleo de una estrella significa que el positrón se encontrará rápidamente con un electrón. Cuando eso sucede, el positrón y el electrón se aniquilan entre sí, liberando el doble de energía equivalente a la masa de un electrón.

No, la producción de deuterones no libera directamente un fotón. Por supuesto, cuando el positrón se aniquila con un electrón cercano, eso crea algunos fotones gamma.

Como menciona David Hammen, la conversión protón-neutrón es una interacción débil (por lo que está mediada por bosones W virtuales), no una interacción electromagnética.

La aniquilación no puede crear un solo fotón, ya que eso no conservaría el impulso. En el marco del centro de masa del electrón y el positrón, el momento total es cero, pero un fotón debe tener un momento, por lo que los momentos de los fotones producidos por la aniquilación deben equilibrarse. Por lo general, se producen 2 o 3 fotones, según los espines relativos del electrón y el positrón (ya que también se debe conservar el momento angular), pero son posibles números más grandes, aunque las probabilidades son menores para números más grandes. Consulte el artículo de Wikipedia sobre positronio para obtener más detalles.

Aquí hay un diagrama del artículo de Wikipedia sobre la cadena protón-protón , que muestra la rama principal de pp I:

Ese artículo da esta reacción (citado de Iliadis, Christian (2007),  Nuclear Physics of Stars ) para la producción de deuterones, incluyendo la aniquilación electrón-positrón:

La aniquilación libera$\rm 1.022\,MeV$, por lo que la fusión protón-protón en sí misma solo produce$\rm 0.42\,MeV$. Esa energía se libera como la energía cinética de los productos de reacción, es decir, el deuterón, el positrón y el neutrino. (Por supuesto, los dos protones también proporcionan algo de KE). Debido a la conservación del momento, la mayor parte de la KE va a los leptones (el positrón y el neutrino) porque el deuterón es casi 1900 veces más masivo que ellos. Como es típico en$\beta$eventos de decaimiento , la energía y el impulso se distribuyen aleatoriamente entre los leptones. No puedo encontrar un diagrama para el espectro de energía, pero espero que tenga una forma similar a la de la descomposición de neutrones, que se muestra en esta respuesta de Physics.SE . También vea esta pregunta sobre la diferencia entre los espectros de$\beta^+$y$\beta^-$decadencia.

La energía media total liberada por la fusión pp, promediada sobre las diversas ramas, es$\rm 26.73\,MeV$, entonces el$\rm 0.84\,MeV$liberado al crear los dos deuterones es solo ~$3.14\%$del total.

¿Con qué frecuencia se unen dos protones y AMBOS se convierten en neutrones? ¿Y luego decaer, poniéndolos de nuevo en el punto de partida? Cada diez octillones × diez octillones colisiones, o$10^{56}$?

Si eso es correcto. La probabilidad de que ambos protones se conviertan en neutrones es aproximadamente igual al cuadrado de la conversión de uno de ellos. No sé la fuente de su probabilidad de 1 en diez octillones, pero eso suena razonable. La cifra habitual que he visto para la conversión de diprotones a deuterones es ~$10^{-26}$, que usé en esta respuesta . Para poner eso en perspectiva, tienes que mezclar alrededor de 1 masa terrestre de protones del núcleo solar para hacer 1 gramo de deuterones, y podemos esperar que 1 par de esos protones hagan la conversión de doble neutrón. Como dije en la respuesta vinculada, el hidrógeno simple nunca será un combustible práctico para un reactor de fusión artificial.

Debo mencionar que las reacciones nucleares que involucran solo la fuerza fuerte tienden a tener la probabilidad más alta. Las reacciones que también involucran la fuerza electromagnética (p. ej., varios pasos del ciclo CNO ) tienen menor probabilidad y, por lo tanto, tienden a ser cuellos de botella en la nucleosíntesis estelar. Las reacciones débiles tienen una probabilidad mucho menor y son cuellos de botella graves . Esto es algo bueno , porque les da a las estrellas una vida larga en la secuencia principal.