Самое важное и замечательное свойство элементарных частиц это способность к превращениям. Раньше думали, что превращаться могут только сложные частицы, состоящие из более простых. Но опыт показал, что к взаимным превращениям способно большинство элементарных частиц. Мы знаем, что атомы построены из трех видов таких частиц: электронов, протонов и нейтронов. Если эти частицы не включены в атом, а находятся в свободном состоянии, устойчивыми будут только протоны и электроны. Свободный нейтрон самопроизвольно распадается на протон и электрон. При этом возникает еще одна неуловимая частица, но о ней мы расскажем потом.
В большом количестве нейтронов один распадается раньше, другой — позже, но в среднем свободный нейтрон может «прожить» только около четверти часа.
В мире элементарных частиц такое время «жизни» можно считать очень продолжительным. Другие элементарные частицы распадаются в миллионы и миллиарды раз быстрее.
Итак, свободный протон устойчив, а свободный нейтрон распадается на протон и электрон. Казалось бы, можно сделать вывод, что нейтрон не элементарная частица, что он состоит из протонов и электронов. Оказывается, ничего подобного. Когда нейтроны и протоны связаны в атомных ядрах, устойчивость этих частиц изменяется. При определенных соотношениях между числом протонов и числом нейтронов ядро устойчиво: ни протоны, ни нейтроны не распадаются. Но если в такое устойчивое ядро добавить лишние нейтроны, оно станет неустойчивым (радиоактивным). Лишние нейтроны распадаются в ядре так же, как и свободные нейтроны,— на протон и электрон. Но вот что самое удивительное: если добавить в устойчивое ядро протоны, оно также перестает быть устойчивым. В таком ядре распадаются лишние протоны! Связанный, но лишний протон распадается на нейтрон и частицу, подобную электрону, но только с положительным электрическим зарядом. Эту частицу назвали позитроном. Распад нейтронов или протонов с испусканием электронов или позитронов называют бета-распадом. Это одна из разновидностей радиоактивного распада.