I neutroni sono sicuramente ancora fatti.
La maggior parte della materia visibile creata durante la nucleosintesi del Big Bang era sotto forma di idrogeno, elio e litio. L’idrogeno a volte contiene un neutrone (formando il deuterio stabile), e tutti gli isotopi stabili di elio e litio lo fanno. Quindi, assumendo che il modello sia corretto, i neutroni devono essersi formati durante questo evento.
Tieni presente che i neutroni liberi non sono particelle stabili, e decadono con un’emivita di circa 10 minuti. Quindi non ci aspetteremmo di trovare neutroni che non siano confinati nei nuclei atomici; non è come se ci fosse un brodo di protoni e neutroni stabili che a volte crea atomi.
Ma sappiamo anche che questa non è l’unica fonte di neutroni. Per esempio, sappiamo di nuclei instabili che cambiano spontaneamente un protone in un neutrone o viceversa. Lo scenario che ti interessa è chiamato decadimento beta+. Un protone in un nucleo viene convertito in un neutrone, un positrone e un neutrino. Un esempio potrebbe essere il nucleo di magnesio-23 che si trasforma in sodio-23 (si noti che il numero di nucleoni rimane lo stesso, ma l’elemento cambia).
Anche il Sole si basa sulla produzione di neutroni. La maggior parte della massa del Sole è semplice idrogeno, H-1. Non ha neutroni. Quando si schiacciano insieme due nuclei di idrogeno, si ottiene He-2 (noto anche come diprotone), che è estremamente instabile e decade molto rapidamente in due nuclei di idrogeno separati. Inutile dire che non hai rilasciato alcuna energia in una tale reazione!
Quello che deve succedere è che uno dei protoni nel diprotone si trasformi in un neutrone. I protoni liberi non si trasformano spontaneamente in neutroni, perché i neutroni sono in realtà molto leggermente più massicci dei protoni (e per la stessa ragione, i neutroni liberi decadono spontaneamente in protoni). Tuttavia, un diprotone ha un’energia di legame più alta di un deutone (H-2), quindi uno dei protoni può in effetti trasformarsi in un neutrone, rilasciando un positrone, un neutrino e l’energia di legame in eccesso.
Questa reazione è mediata dalla forza nucleare debole, che è relativamente debole su grandi distanze (“grandi” qui significa “distanze paragonabili alla dimensione di un nucleo”). Questo, combinato con l’instabilità del diprotone, significa che solo una quantità molto piccola di diprotoni si trasmuta in un deutone. Ma senza questo raro evento, il Sole non avrebbe il suo forno di fusione. È interessante notare che è anche un importante limitatore di velocità per la fusione del Sole – se la forza debole fosse più forte, il Sole brucerebbe la sua scorta di combustibile molto più velocemente. Finora, sembra che la forza debole sia l’unica forza che può cambiare il sapore dei quark, cambiando così il numero di barioni.
Per completezza, dovremmo anche dire che i neutroni vengono creati in collisioni sufficientemente energetiche, in coppia con anti-neutroni.