质子是怎样转变成中子的？

质子可以转变成质子，而且我们已经观察到它们是这样做的。为了理解这种现象，我们必须首先理解核子的结构——质子或中子。

根据我们目前对子核子现象的量子场论的理解，一个核子是由三个夸克组成的。这个理论被称为量子色动力学(QCD)。

一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成。每个向上夸克带+2/3库仑电荷每个向下夸克带-1/3库仑电荷。

因此，质子的净库仑电荷为+1，中子的净库仑电荷为0。质子转化为中子，需要上夸克转化为下夸克。人们可以看到，这样的转换将减少质子的总库仑电荷为零和中性复合粒子将出现。这只不过是中子。

下夸克的质量略大于上夸克的质量。为了平衡质量能量收支，上夸克转变为下夸克需要外部的能量输入。这是由富质子核与宇宙射线质子的非弹性碰撞所提供的。

虽然上面描述的过程确实使库仑电荷守恒，但自然也要求遵守另一个守恒定律。这叫做轻子数守恒定律。

任何粒子散射事件中的轻子数必须守恒。在这种情况下，它会发射出一个正电子和一个电子中微子。新产生的中子留在原子核内，而正电子和中微子则被发射出来，并在外部世界被观察到。

在这个过程中，原子核的原子序数会减少1。一个著名的例子是钾40同位素衰变为氩39。这是一种非常罕见的衰变，只占钾同位素衰变的0.012%。