Por qué el protón no se desintegra
Un protón aislado - es decir, no ligado en el interior de un núcleo inestable - no se transforma de manera espontánea en partículas más ligeras. En otras palabras, es estable en la práctica. Esta estabilidad se explica por dos factores fundamentales: una restricción teórica del Modelo Estándar conocida como conservación del número bariónico, y el hecho de que el protón ocupa el nivel energético más bajo entre todos los bariones.
La conservación del número bariónico
En el Modelo Estándar de la física de partículas existe una magnitud conservada llamada número bariónico $B$, definida del siguiente modo:
- Cada barión (como el protón o el neutrón) tiene $B = +1$.
- Cada antibarión tiene $B = -1$.
- Las demás partículas (leptones, fotones, etc.) tienen $B = 0$.
Tanto la interacción fuerte como la débil - las fuerzas responsables de la mayoría de las transformaciones de partículas - respetan estrictamente la conservación del número bariónico.
En otras palabras, un proceso solo es posible si el número bariónico total antes y después de la reacción permanece inalterado.
Para que un protón libre pudiera desintegrarse, el estado final debería incluir otras partículas con el mismo número bariónico, $B = +1$.
Sin embargo, como el protón es el barión más ligero, no existe ningún estado con $B = +1$ de menor masa en el que pudiera transformarse.
$$ m_p \approx 938.27 \ \text{MeV}/c^2 $$
Todos los demás bariones (como el neutrón o las resonancias $\Delta$) son más pesados. Las partículas estables más ligeras que conocemos - electrones, neutrinos, fotones - tienen $B = 0$, de modo que producir únicamente esas violaría la conservación del número bariónico.
Así, dentro del Modelo Estándar, el protón es estable precisamente porque es el barión más ligero posible.
Incluso en un escenario en el que la conservación del número bariónico no fuera estricta, no existe ninguna combinación de partículas estables más ligeras en la que el protón pudiera desintegrarse sin infringir además la conservación de la energía.
Nota. Algunos marcos teóricos más allá del Modelo Estándar - como las teorías de gran unificación (GUT) - proponen que el número bariónico no es una simetría exacta. En ese contexto, el protón podría desintegrarse en principio a través de canales como: $$ p \rightarrow e^+ + \pi^0 $$ $$ p \rightarrow e^+ + \gamma $$ No obstante, las búsquedas experimentales han establecido límites extremadamente restrictivos: la vida media del protón debe superar los $10^{34}$ años, muchísimo más que la edad actual del universo ($\sim 1.4 \times 10^{10}$ años). Hasta la fecha, no se ha encontrado ninguna evidencia de desintegración del protón.
