Με απλά λόγια, τα σωματίδια διασπώνται επειδή… είναι «τεμπέλικα»! Δηλαδή, θέλουν να βρεθούν στην πιο χαμηλή ενεργειακή κατάσταση που μπορούν. Αν τα προϊόντα της διάσπασης έχουν μικρότερη ενέργεια από το αρχικό σωματίδιο, τότε η διάσπαση μπορεί να συμβεί αυθόρμητα. Αυτό σημαίνει ότι ένα σωματίδιο μπορεί να κάθεται μόνο του, χωρίς καμία εξωτερική δύναμη να το επηρεάζει, και παρ’ όλα αυτά να διασπαστεί.

Δεν μπορούμε να προβλέψουμε πότε ακριβώς θα γίνει η διάσπαση —είναι μια στοχαστική διαδικασία— αλλά κάθε σωματίδιο έχει έναν χαρακτηριστικό χρόνο ζωής, δηλαδή ένα μέσο χρονικό διάστημα που συνήθως «ζει» πριν διασπαστεί. Αυτός ο χρόνος ζωής είναι πολύ κοντά στον γνωστό «χρόνο ημιζωής», που ίσως έχετε ξανακούσει.

Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το νετρόνιο. Το νετρόνιο έχει ελάχιστα μεγαλύτερη μάζα (και άρα ενέργεια) από το πρωτόνιο. Όταν είναι ελεύθερο —δηλαδή δε βρίσκεται δεσμευμένο μέσα σε κάποιον πυρήνα— μπορεί να διασπαστεί αυθόρμητα σε ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο. Αυτή η διαδικασία λέγεται «βήτα διάσπαση» (β-διάσπαση). Ο χαρακτηριστικός χρόνος ζωής ενός ελεύθερου νετρονίου είναι περίπου 15 λεπτά.

Ποια σωματίδια μπορούν να διασπαστούν;

Οποιοδήποτε σωματίδιο είναι σύνθετο —δηλαδή αποτελείται από πιο βασικά σωματίδια— μπορεί, κατά κανόνα, να διασπαστεί. Αυτό περιλαμβάνει τα πρωτόνια, τα νετρόνια και φυσικά τα άτομα (που περιέχουν πρωτόνια και νετρόνια στον πυρήνα τους).

Αντίθετα, κάποια στοιχειώδη σωματίδια, όπως το ηλεκτρόνιο, δε φαίνεται να διασπώνται με τον ίδιο τρόπο. Το ηλεκτρόνιο, για παράδειγμα, δεν έχει κάποιο χαμηλότερης ενέργειας σωματίδιο στο οποίο να μπορεί να «μετατραπεί» —άρα δε διασπάται αυθόρμητα.

Όσο για τα κουάρκ, είναι μια πιο σύνθετη περίπτωση. Πιστεύουμε ότι δεν μπορούν να υπάρξουν ελεύθερα στη φύση· εμφανίζονται μόνο ως μέρος μεγαλύτερων σωματιδίων (όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια).

Από πού προκύπτουν τα νέα σωματίδια στη διάσπαση;

Η απάντηση είναι: από καθαρή ενέργεια. Ας θυμηθούμε την περίφημη εξίσωση του Einstein, E = mc². Αυτή λέει ότι η μάζα και η ενέργεια είναι ισοδύναμες: μπορείς να φτιάξεις ύλη από ενέργεια και το αντίστροφο. Άρα, όταν ένα σωματίδιο διασπάται, μέρος της ενέργειάς του «μετατρέπεται» σε νέα σωματίδια, αρκεί να υπάρχει αρκετή ενέργεια και να τηρούνται οι «κανόνες» της σωματιδιακής φυσικής (όπως η διατήρηση της ενέργειας, του φορτίου, του αριθμού λεπτονίων, κλπ).

Στην περίπτωση της διάσπασης του νετρονίου, όλες αυτές οι προϋποθέσεις ικανοποιούνται, και έτσι η διάσπαση μπορεί να συμβεί φυσικά και χωρίς εξωτερική παρέμβαση.