¿Por qué el protón es el único hadrón estable?

El título explica bastante la pregunta, pero siempre pensé que sería un neutrón debido a su carga 0.

Porque no hay otro barión más ligero en el que pueda desintegrarse el protón. Y el número bariónico se conserva en el modelo estándar.
El número bariónico no se conserva por interacciones electrodébiles en general debido a anomalías quirales cuánticas . Y la descomposición de protones (en piones y positrones, digamos) se discutió activamente y se buscó experimentalmente, no se descarta incluso hoy a pesar de la falta de confirmación experimental. Entonces, no puede haber una razón a priori por la cual el protón deba ser estable.
¿Está preguntando por qué el neutrón (en aislamiento) se desintegra en un protón (más un electrón y un antineutrino) pero no al revés?
@Conifold Proton decaimiento es teóricamente imposible en el modelo estándar y la etiqueta "Modelo estándar" en la pregunta implica que esta no es una solicitud de teorías concebibles más allá del modelo estándar que diferían de esta prohibición teórica. Las interacciones de Sphaleron no pueden dar lugar a la descomposición de protones.

Respuestas (2)

Los protones, los neutrones y, en general, los hadrones están en el régimen de la mecánica cuántica y no son elementales. Elementales son los quarks con sus cargas positivas y negativas. Aquí está la imagen mecánica cuántica principal de un protón en líneas aproximadas

protón

y aquí hay un neutrón

neutrón

Nuevamente en líneas generales, están unidos mecánicamente cuánticamente por el potencial con la adición de dos fuerzas fundamentales, la fuerza QCD fuerte y la fuerza electromagnética. En mecánica cuántica, como también se afirma en los comentarios, los sistemas son estables cuando se encuentran en el estado de energía más bajo, y este estado es el protón.

El título explica bastante la pregunta, pero siempre pensé que sería un neutrón debido a su carga 0.

La "bolsa" de neutrones contiene dos quarks down , y termina siendo más pesada que la bolsa de protones, que tiene dos quarks up, más livianos que down, por lo que el neutrón está en un nivel de energía más alto que el protón. La imagen es más complicada debido a QCD, y las bolsas hadrónicas contienen una gran cantidad de pares virtuales de gluones y quarks antiquark, como se ilustra aquí para el protón , pero cualitativamente se mantiene el argumento del nivel de energía más bajo.

miproton

Se gasta mucho esfuerzo teórico en tratar de calcular la masa del protón en la red QCD, donde se tienen en cuenta todos los potenciales contribuyentes,

Otra parte clave del rompecabezas es la conservación del número bariónico. Se conserva el número agregado de quarks en un sistema menos el número agregado de antiquarks en un sistema. Entonces, un protón, que tiene tres quarks más que el número de antiquarks que tiene (en capa y virtual combinados), no puede decaer en un estado final que tenga, por ejemplo, cuatro, dos, uno o cero en shell quarks en él. El protón no es el hadrón de energía de masa más bajo (que sería el pión con aproximadamente 1/7 de la masa en reposo de un protón), pero es el hadrón de energía de masa más bajo con tres quarks (que es un número bariónico de 1) .

la respuesta habitual es que no existe un estado de hadrón más ligero disponible en el que pueda decaer. de acuerdo con esta imagen, el protón es absolutamente estable, es decir, si se deja solo, dura para siempre.

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