中子和质子是通过强相互作用结合在一起的，这种结合主要发生在原子核内。以下是详细解释：

1. 中子和质子的基本性质

• 质子：带一个单位的正电荷，由两个上夸克和一个下夸克组成。
• 中子：不带电，由一个上夸克和两个下夸克组成。
• 它们的质量非常接近，约为1.67×10⁻²⁷千克，远大于电子的质量。

2. 强相互作用与核力

• 质子和中子统称为核子，它们之间的相互作用称为强相互作用，这种作用比电磁力和引力强得多。
• 强相互作用通过交换胶子实现，胶子是传递强相互作用的粒子。在原子核内，胶子不仅可以在质子或中子内部传递，还可以在质子和中子之间传递，从而形成稳定的核结合。

3. 核力的作用机制

• 核力是一种短程力，其作用范围约为10⁻¹⁵米，比电磁力的作用范围小得多。
• 在原子核内，核力克服了质子之间的电磁排斥力（因为质子带正电），使得质子和中子能够紧密结合在一起。
• 质子和中子之间还可以通过交换π介子（如π⁺介子）进行相互作用，这也是强相互作用的一种表现形式。

4. 原子核的稳定性

• 在原子核中，质子和中子通过强相互作用紧密结合，形成稳定的结构。
• 然而，质子之间由于电磁排斥力，不能单独结合，必须与中子结合才能形成稳定的原子核。例如，氘核（由一个质子和一个中子组成）是最简单的稳定原子核。
• 如果仅有中子，由于它们不带电，不会产生电磁排斥力，但由于泡利不相容原理，两个中子不能占据相同的量子态，因此难以形成稳定的结合态。

5. 总结

中子和质子通过强相互作用（通过胶子和π介子）结合在一起，这种结合是原子核稳定性的基础。质子之间的电磁排斥力需要中子的参与来克服，而中子之间的结合由于量子态的限制而难以实现。因此，质子和中子在原子核中的结合是自然界中的一种重要现象。