なぜ中性子は単独では崩壊し、陽子と一緒だと安定なのか

陽子、中性子の結合パターンごとの安定度は以下の通り。
ｐ：陽子、ｎ：中性子

　　ｐのみ（水素の原子核）
　　　　安定
　　ｎのみ（モノ・ニュートロン、自由中性子）
　　　　15分でβ崩壊
　　ｐｐ（ヘリウム２の原子核）
　　　　存在しない
　　ｐｎ（重水素の原子核）
　　　　安定
　　ｎｎ（ダイ・ニュートロン）
　　　　三重水素を発生させる原子核反応の過程で、
　　　　極めて短い時間にのみ存在
　　ｐｐｐ（リチウム３の原子核）
　　　　短時間で３つの陽子に分解
　　ｐｐｎ（ヘリウム３の原子核）
　　　　安定
　　ｐｎｎ（三重水素の原子核）
　　　　半減期12.32年でβ崩壊
　　ｎｎｎ（トリ・ニュートロン）
　　　　存在しない
　　ｐｐｐｐ
　　　　存在しない
　　ｐｐｐｎ（リチウム４の原子核）
　　　　半減期は7.6×10-23秒で陽子放出崩壊
　　ｐｐｎｎ（ヘリウム４の原子核）
　　　　安定
　　ｐｎｎｎ（水素４の原子核）
　　　　半減期は1.4×10-22秒で中性子放出崩壊
　　ｎｎｎｎ（テトラ・ニュートロン）
　　　　ベリリウム14を壊す実験の過程で、
　　　　極めて短い時間にのみ存在

これらの安定度は、ダウンクォークの崩壊する力（弱い力）と、
陽子同士が反発する力（電磁気力）と、強い力が引き付ける力との
バランスよって決まってくる。

ダウンクォークはアップクォークより質量が大きく、
エネルギーが高いので、崩壊して安定しようとする。
強い力があると、これが食い止められるようである。

例えば、これらの関係を次のように仮定しよう。
　　陽子、中性子は、それぞれ、３単位の強い力を持つ。
　　強い力２単位でダウンクォーク１つの崩壊を抑える。
　　強い力４単位超でプラス電荷同士の反発力を抑える。

陽子１つが安定なのは。
　　陽子１つで強い力が３単位。
　　ダウンクォーク１つで２単位必要。
　　強い力が十分足りているので、崩壊しない。

中性子１つが不安定なのは。
　　中性子１つで強い力が３単位。
　　ダウンクォーク２つで強い力が４単位必要。
　　強い力が足りないので、１つダウンクォークが崩壊する。

陽子２つが存在しないのは。
　　陽子２つで強い力が６単位。
　　プラス電荷の２つで強い力が８単位超必要。
　　強い力が足りないので、陽子同士が反発して結合しない。

陽子１つと中性子１つが安定なのは。
　　陽子１つと中性子１つで強い力が６単位。
　　陽子のダウンクォーク１つ、中性子のダウンクォーク２つ、
　　合わせて３つで強い力が６単位必要。
　　強い力がぎりぎり足りているので、崩壊しない。

中性子２つが不安定なのは。
　　中性子２つで強い力が６単位。
　　ダウンクォーク４つで強い力が８単位必要。
　　強い力が足りないので、崩壊する。

間を飛ばして、
陽子２つと中性子１つが安定なのは。
　　陽子２つと中性子１つで強い力が９単位。
　　陽子のダウンクォーク２つ、中性子のダウンクォーク２つ、
　　合わせて４つで強い力が８単位必要。
　　強い力が十分足りているので、崩壊しない。
　　プラス電荷が２つで強い力が８単位超必要。
　　強い力が足りているので、陽子同士が反発しない。

陽子１つと中性子２つが長い時間で崩壊するのは。
　　陽子１つと中性子２つで強い力が９単位。
　　陽子のダウンクォーク１つ、中性子のダウンクォーク４つ、
　　合わせて５つで強い力が１０単位必要。
　　強い力がぎりぎり足りてないので、長い時間で崩壊する。

間を飛ばして、
陽子３つと中性子１つが不安定なのは。
　　陽子３つと中性子１つで強い力が１２単位。
　　陽子のダウンクォーク３つ、中性子のダウンクォーク２つ、
　　合わせて５つで強い力が１０単位必要。
　　強い力が足りているので、崩壊しない。
　　プラス電荷が３つで強い力が１２単位超必要。
　　強い力が足りないので、陽子同士が反発して結合しない。

陽子２つと中性子２つが安定なのは。
　　陽子２つと中性子２つで強い力が１２単位。
　　陽子のダウンクォーク２つ、中性子のダウンクォーク４つ、
　　合わせて６つで強い力が１２単位必要。
　　強い力がぎりぎり足りているので、崩壊しない。
　　プラス電荷が２つで強い力が８単位超必要。
　　強い力が足りているので、陽子同士が反発しない。

陽子１つと中性子３つが不安定なのは。
　　陽子１つと中性子３つで強い力が１２単位。
　　陽子のダウンクォーク１つ、中性子のダウンクォーク６つ、
　　合わせて７つで強い力が１４単位必要。
　　強い力が足りないので、崩壊する。

実際はもっと細かい計算が必要だが、
イメージをつかむには、これでいいだろう。