我们知道，脱离束缚的⾃由中⼦会在⼤约15分钟后衰变，产⽣质⼦、电⼦和反中微⼦。相⽐之下，质⼦是⼀个更值得关注的粒⼦，这其中有两个原因。⾸先，粒⼦物理学的标准模型表明，质⼦是百分百稳定的，这意味着它们不会衰变。另⼀⽅⾯，其他理论预测，质⼦会衰变，或者⾄少最终会衰变。⼀些科学家希望这些新理论能够取代标准模型，因此寻找质⼦衰变就变得⾮常重要。
⾸先，让我们看看为什么标准模型声称质⼦是稳定的，这⼀切都归结为守恒定律。守恒定律规定，有些属性⽆论如何都不会改变。在谈论质⼦衰变时，三个特定的守恒量很重要——电荷、能量和重⼦数。电荷我们都很熟悉，电荷守恒意味着衰变后的电荷量必须与衰变前相同。能量守恒有很多含义，但关键的⼀个与爱因斯坦的⽅程E=mc2有关，该⽅程表示能量和质量是相同的。对于粒⼦衰变，能量守恒意味着粒⼦只能衰变为更轻的粒⼦。
重⼦数⽐较不太为⼈所知，重⼦是由三个夸克组成的粒⼦。质⼦和中⼦各包含三个夸克，因此质⼦和中⼦都是重⼦，但是重⼦还有很多种。重⼦数很简单，每个重⼦的重⼦数都是+1，反物质重⼦的重⼦数为-1。要找到总重⼦数，只需将它们相加即可。例如，在⼤型强⼦对撞机上，当你撞击两个重⼦数为+1的质⼦时，碰撞前的重⼦数为+2。碰撞后，⽆论产⽣多么混乱和复杂的粒⼦，重⼦数仍为+2。
根据标准模型，重⼦数、电荷和能量都是守恒的。还有更多的守恒量，但我们只关注这三个。举⼀个例⼦，在中⼦衰变的情况下，中⼦会变成质⼦、电⼦和电⼦反中微⼦。由于质⼦和中⼦的重⼦数都是+1，因此重⼦数在衰变前后是守恒的。由于中⼦带零电荷，质⼦带正电荷，电⼦带负电荷，反中微⼦不带电荷，所以衰变之前电荷为零，衰变之后电荷也为零，符合电荷守恒。
在能量⽅⾯，当我们将质⼦、电⼦和反中微⼦的质量加起来时，它不能⼤于中⼦的质量。
现在让我们考虑⼀下质⼦衰变，为此我们需要先介绍两种粒⼦。第⼀种粒⼦是正电⼦，它是电⼦的反物质对应物。正电⼦带有正电荷，质量⼤约是质⼦的0.05%。因为正电⼦不是重⼦，所以它的重⼦数为零。第⼆种粒⼦是π?介⼦，它不带电荷，质量约为质⼦的15%。⽽且，它也不是重⼦，所以它的重⼦数也为零。
最后，还有⼀个重要的事实，那就是质⼦是最轻的重⼦。标准模型表明任何衰变都必须遵守电荷、能量和重⼦数守恒。因此，重⼦数为+1、电荷为正⼀且质量固定的质⼦，如果衰变成⼀定数量的粒⼦，那么这些粒⼦的总质量不能⼤于质⼦、总电荷等于正⼀和总重⼦数为+1。但这就是问题所在，质⼦是最轻的重⼦，因此它衰变成任何重⼦都会⽐质⼦重，这将违反能量守恒。因此，根据标准模型，质⼦不能衰变，质⼦因此是稳定的。
然⽽，在⼀些提议的标准模型替代理论中，其中⼀些守恒定律被放宽了。例如，这些模型经常说质⼦可以衰变为正电⼦和π?介⼦。我们看到，在这种衰变中，电荷是守恒的，并且衰变后的粒⼦质量不⽐衰变前⼤。所以根据电荷和能量的理由，质⼦衰变是可以发⽣的。另⼀⽅⾯，我们看到在衰变之前，重⼦数是+1，⽽在衰变之后是0。这种衰变在标准模型中是被禁⽌的，但在标准模型的某些可能替代理论中是允许的。
因此，观察质⼦衰变将是对新物理理论的重要验证。
第三，我们知道质⼦不会太快衰变。如果这样的话，原⼦就不会存在，我们也不会出现在这⾥。幸运的是，这些新的替代理论表明，质⼦的寿命⾮常⻓。即使在1980年代，当这些理论还很新时，对质⼦寿命的预测也约为1031年。宇宙已经存在了⼤约137亿年，⽽质⼦寿命⽐宇宙存在的时间还⻓得多。但粒⼦衰变是⼀个统计过程，如果质⼦⾜够多，我们就会观察到有些会提前衰变。
计算⼀下，30000吨的⽔含有⼤约1031个质⼦，SuperK探测器就是这样的⼀个充满了超纯⽔的圆柱形⽔箱。1996年，SuperK的科学家们打开了他们的探测器，开始寻找衰变的质⼦。虽然他们对中微⼦进⾏了⼤量测量，但他们还没有看到单个质⼦衰变。据此，研究⼈员得出结论，如果质⼦会衰变，则它的寿命应该⼤于2×1034年。那么，这是否意味着质⼦不会衰变？我们只能说，它们不会迅速衰变为正电⼦。
我们需要建造更⼤的探测器，看看质⼦的衰变寿命是否还会⽐这更⻓。现在，质⼦衰变的研究还在继续。