¿Por qué los protones pueden chocar?

¿No debería esto significar que la integral de la fuerza entre dos protones es infinita si la distancia se vuelve cero?

La física desarrolló la mecánica cuántica para modelar la naturaleza, ya que se hizo evidente que los infinitos descritos por los potenciales 1/r clásicos nunca construirían átomos ni construirían el mundo que conocemos. La atracción del potencial electrostático absorbería los electrones en el núcleo y nunca existiría un átomo de hidrógeno, ni enlaces químicos.

Como los datos espectroscópicos de los experimentos mostraron que el electrón del átomo de hidrógeno , en lugar de descender en espiral sobre el protón que irradia continuamente, generó una serie espectral que se ajustó con la serie Balmer, etc. Nació el modelo de Bohr que condujo a la teoría completa de la mecánica cuántica.

En la mecánica cuántica, un protón que incide sobre un protón siente una repulsión y se dispersa, la sección transversal de la dispersión se puede calcular con precisión en función de la energía del proyectil. El experimento mostró que cuando la energía se hizo lo suficientemente grande, el potencial electrostático ya no repelió todos los proyectiles, sino que parte del impacto "entra" en el propio protón y se dispersa en los núcleos duros dentro del protón. Los experimentos originales que probaron los constituyentes del protón fueron con electrones, pero la teoría es la misma . Así fue como se descubrieron los quarks.

Editar después del comentario de OP

La dispersión inelástica profunda se representa en los diagramas de Feynman como:

De izquierda a derecha, el proyectil entrante interactúa intercambiando una transferencia de energía y momento representada por la línea ondulada como una partícula virtual al protón objetivo, representado como una bola, e interactúa directamente con un constituyente. (El proyectil puede ser otra bola como icono del protón objetivo). Para este diagrama, la energía es lo suficientemente alta como para que los constituyentes individuales del protón objetivo tengan la probabilidad de interactuar directamente, en lugar de como un todo, y su comportamiento puede ser estudió.

En la dispersión de protones de protones a bajas energías, la partícula virtual intercambiada es electromagnética, y la sección transversal de dispersión mostrará la fuerza de repulsión entre dos cargas iguales. A medida que crece la energía, la fuerte fuerza entre los constituyentes se hace cargo y se intercambian gluones virtuales, superando cualquier efecto de los fotones virtuales que reflejan la repulsión de cargas similares.

¿O se produce la fusión de protones mientras hay espacio entre los protones?

En la dispersión de protones en función de la energía, en las energías del centro de masa cercanas a la energía de enlace del deuterón, por debajo de dos MeV, la interacción débil también juega un papel además de la electromagnética: hay una probabilidad de fusión en un deuterón con un positrón y un neutrino electrónico tomando el balance de energía, cantidad de movimiento y número cuántico. Debido a la debilidad de la interacción débil, esto prácticamente no se puede medir en el laboratorio y se utilizan principalmente cálculos teóricos . Este proceso es importante para los cálculos astrofísicos de la evolución estelar, donde las densidades y temperaturas son lo suficientemente altas como para generar la reacción.