质子会衰变的依据是什么？
一、 质子的“稳定”与理论猜想
首先，我们要明白，质子在日常生活中表现得极为稳定。如果你找一个质子，然后看着它，你会发现它似乎永远都不会改变。实验测定质子的平均寿命已经达到了一个天文数字——大约 $10^{34}$ 年，这个数字比宇宙的年龄（约 $1.38 imes 10^{10}$ 年）还要大得多。这意味着，即使宇宙中存在的大量质子，平均下来，每秒钟发生的衰变事件也非常罕见，以至于我们难以捕捉。
那么，为什么会有“质子衰变”的猜想呢？这主要源于我们试图构建一个更完备、更统一的物理理论的努力。
二、 统一理论的召唤：大统一理论 (GUT)
我们都知道，自然界存在四种基本力：引力、电磁力、强核力和弱核力。物理学家们一直在努力将这些力统一起来，寻找一个能够描述所有基本粒子和相互作用的“终极理论”。其中，大统一理论 (Grand Unified Theory, GUT) 就是一个重要的方向。
GUT 的核心思想是，在极高的能量下（远超我们目前能够达到的粒子加速器能量），强核力、弱核力和电磁力可能会融合成一种单一的力。如果这种统一发生，那么之前我们认为相互独立的粒子，比如夸克（构成质子的基本单元）和轻子（如电子），在极高的能量下或许也可能相互转化。
质子由三个夸克组成：两个上夸克和一个下夸克（uud）。 根据我们目前掌握的标准模型，质子内的夸克之间通过强核力（由胶子传递）相互作用。然而，一些 GUT 模型预测，存在一种被称为“X玻色子”或“Y玻色子”的假想粒子，它们能够传递夸克和轻子之间的相互作用。
如果 X 玻色子存在，那么它有可能将夸克转化为轻子（反之亦然）。例如，一个上夸克（u）可以吸收一个 X 玻色子，变成一个正电子（e+）和一个反夸克（例如反上夸克 $ar{u}$）。
这样一来，一个质子（uud）就有可能发生如下衰变过程：
$$u + u + d ightarrow e^{+} + ext{其他粒子}$$
例如，一种可能的衰变模式是：
$$p ightarrow e^{+} + pi^{0}$$
其中，$p$ 代表质子，$e^{+}$ 代表正电子，$pi^{0}$ 代表中性π介子。
GUT 理论预言的质子衰变，本质上是将夸克“禁闭”在质子内部的强核力，在极高能量下可以通过一种新的、更基本的相互作用（由 X 玻色子媒介）被“打破”。
三、 能量守恒与对称性
另一个与质子稳定性相关的重要概念是轻子数守恒。在标准模型中，我们有轻子数（电子、μ子、τ子及其对应的中微子都拥有轻子数，而夸克没有）。通常情况下，在发生衰变的粒子反应中，轻子数是守恒的。例如，电子衰变（如中子衰变）会产生一个电子（轻子数+1）和一个反中微子（轻子数1），总轻子数依然是零。
然而，如果质子衰变，将一个夸克转化为一个轻子（如正电子），那么就会打破轻子数守恒（如果只考虑夸克和轻子）。一些 GUT 模型为了实现夸克和轻子的统一，同时也“允许”轻子数守恒在某些情况下被打破。
四、 实验的挑战与迹象
正是因为质子寿命如此之长，所以直接观测到质子衰变是一个巨大的实验挑战。科学家们建造了非常大的探测器，充满了水或其他物质（因为水分子中的氢原子就是质子），希望能够捕捉到哪怕是一个质子衰变所产生的痕迹，比如一个正电子的闪光。
目前为止，所有进行的实验（如日本的 SuperKamiokande 实验）都没有明确观测到质子衰变。这些实验的零观测结果，反过来也为 GUT 理论设定了更严格的限制。也就是说，如果质子确实会衰变，那么它的寿命必须比实验设定的下限还要长。
五、 存在性与非存在性的边缘
所以，质子会衰变的“依据”并非直接的实验证据，而是：
理论上的需要： 为了构建更简洁、更统一的物理理论，特别是将强核力、弱核力和电磁力统一起来的 GUT 模型。
对基本粒子之间相互转化可能性的推测： 在极高的能量下，夸克和轻子可能并非完全独立，而是能够相互转化。
对对称性破缺的猜想： 某些理论模型允许在某些情况下打破原本守恒的物理量（如轻子数），以便实现更深层次的统一。
尽管目前没有证据支持质子衰变，但科学家们并没有放弃对它的探索。因为如果真的观测到质子衰变，那将是粒子物理学领域的一场革命，为我们揭示宇宙最深层的奥秘提供关键线索，并可能带来全新的物理理论。质子是否会衰变，就像一个悬而未决的谜题，驱动着我们不断向物理学的未知边疆迈进。
网友意见
谢邀。
质子可以发生 衰变反应，衰变为中子、正电子、电子味中微子。但由于质子的静止质量小于中子的，反应前能量小于反应后，故能量守恒阻止了自由质子发生这个反应。在原子核中( 除外)，质子从其它核子获得能量，才得以发生 反应。
通常说的质子衰变，指自由的质子衰变。由上述知，自由的质子不能发生 衰变，那么可以考虑其它可能性：
- 破坏重子数守恒。
这样质子的衰变产物就可以是介子、轻子，而不用是重子（好像质子是最轻的重子），不违反能量守恒了。
由三个夸克构成的粒子属于重子，质子、中子都属于重子。重子们有一个量子数叫重子数，质子、中子的重子数为+1，它们的反粒子的重子数为-1。重子数守恒讲，粒子反应不改变系统的重子数。如，自由的中子的 衰变，原子核的质子的 衰变，它们反应前重子数为+1，反应后重子数也是+1。重子数守恒是标准模型的结论，类似的还有轻子数守恒。这是因为夸克间的相互作用只改变夸克味道、颜色，不改变夸克数目；而且，夸克具有色禁闭的特点，只能存在介子（两夸克的粒子）、重子中。这样，重子在反应时，要么湮灭为介子，要么转化为其它重子，因此重子数守恒。
怎么打破重子数守恒呢？
由前述可知，重子数守恒是由相互作用、色禁闭导致的。强子对撞实验没有发现色禁闭被破坏，所以我们可以考虑添加新的相互作用。
- 允许夸克到轻子的过程。
在标准模型中，夸克参与强相互作用、电弱相互作用。强相互作用用SU(3)规范场论描述（量子色动力学），即红、绿、蓝三色夸克（颜色是一种量子数，不是通常的颜色）组成一个内部空间——色空间，夸克在色空间里转动时，与它是什么夸克无关，而它在什么时间、地点有关（局域性）。通俗的来讲，我们可以颠倒黑白：我口袋里有“一个红“夸克，我走了一段距离，再掏出来一看，其实是“一个蓝”夸克。为了保持颠倒黑白的能力，我们需要交换球，使夸克从完成红到蓝的转变：引入一个蓝反红的小球，它把红夸克变成蓝夸克。这个”小球“就是胶子。电弱相互作用类似，见我的回答：如果不存在弱相互作用，宇宙可能会变成什么样子？Paul Kant的回答。
强相互作用实现了同味夸克的颜色转变，弱相互作用实现了同代夸克的转变。它们无法实现夸克到轻子的直接转变。如果，我们把色空间和弱同位旋空间直和，则在这个新的内部空间里面，夸克不仅可以在色空间里转动，也可以在弱同位旋空间转动了。通俗的来说：我口袋里有”一个红“夸克，走了一段距离，掏出来一看，原来是”一个蓝“夸克；放回去继续走一段距离，再掏出来看，其实是”一个“电子！！
- SU(5)大统一模型。
在我们上面的操作中，得到新的规范群是SU(5)，标准模型的规范群 是它的子群。SU(5)有24个生成元，每一个生成元对于一个矢量场，就有24个矢量场来传递相互作用。标准模型占去12个，它们是8个胶子，3个弱相互作用玻色子，1个光子。剩下12个就是新的相互作用，被称为X，Y。
3个X矢量场（3来自三种颜色），每个带 的元电荷（以电子的电荷量为单位），耦合下型夸克场（下夸克d, 奇异夸克s, 底夸克b，它们带 的元电荷）和带电轻子场（ ，它们带 元电荷），实现下型夸克与带电轻子的相互转变；耦合上型夸克（上夸克u、粲夸克c、顶夸克t，它们带 的元电荷），实现上型夸克的相互湮灭。相应的，还有3个反X矢量场，耦合上述过程的反粒子，实现它们的反粒子反应。
3个Y矢量场，每个带 的元电荷，耦合上型夸克场和带电轻子场，实现上型夸克与带电轻子的相互转变；耦合上型夸克场和下型夸克场，实现上型夸克与下型夸克的相互湮灭；耦合下型夸克场与中性轻子场（即中微子， ），实现下型夸克与中微子的相互转变。相应的，还有3个反Y矢量场，耦合上述过程的反粒子，实现它们的反粒子反应。
- SU(5)模型中的质子衰变。
质子内部是三个价夸克，和不计其数的海夸克。三个价夸克承担了质子的自旋、强相互作用，海夸克们是色真空的极化，贡献质子的质量。这三个价夸克是两个上夸克u、一个下夸克d。
在SU(5)大统一理论中，我们有了X、Y相互作用，轻松（并不）实现质子的衰变。过程如下，
(画图渣，上图体会一下就行。。。)
上图是质子衰变的几个主要反应。图中可见质子衰变产物主要是中性 介子（ ）+正电子，带电 介子（ ）+ 电子味中微子（ ）不多。
衰变组合，新生的 很快衰变（ ）为一对伽马光子。
- 质子衰变探测实验
在一个框架内描述所有相互作用是现代理论物理的终极梦想（如温伯格《终极理论之梦》，彭罗斯《通往实在之路》，书名很装逼(*^_^*)）。在20世纪70年代，被称为标准模型的量子规范场理论，成功地用基于 群的格拉肖-温伯格模型统一描述电磁作用、弱相互作用，和用基于 群的量子色动力学成功地描述强相互作用。这两个理论模型都是非阿贝尔规范场理论（杨-米尔斯理论），在低能时，发生对称性自发破缺（详见我的回答：引力子和希格斯玻色子互相矛盾吗？Paul Kant的回答。）,格拉肖-温伯格模型变成量子电动力学、SU(2)弱相互作用理论。
如此，人们在取得标准模型成功的鼓舞下，自然而然想到标准模型应该是一个低能理论，是更高的对称性破缺后的理论。因此，我们可以在对称性自发破缺的基础上，寻找更高的对称性，新理论可以统一描述强相互作用、电弱相互作用，在低能时破缺至标准模型。这些大统一理论模型有简单的SU(5)大统一模型，SO(10)大统一模型（更多参见Grand Unified Theory）。各模型预言不同途径的质子衰变和质子寿命，通过实验测定质子寿命可以限制理论模型。
日本的超级神冈实验最初（现在还是，不过歪打正着被用来探测中微子了。。。）是专门用来探测质子衰变。方案是储备一定量的纯水，探测水分子中氢原子的原子核（也就是质子），如果衰变，所释放的光子、以及正电子的切伦科夫辐射。超级神冈实验给出的质子寿命下限为 年，而前面我们讲的SU(5)模型给出的寿命为 年，基本排除了这个模型。。。
- 尾声
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