質子衰變（英語：Proton decay）在粒子物理學上，是一個假設的放射性衰變，這假設預言了質子在衰變的時候，會變成更輕的次原子粒子，通常是中性π介子和正電子。質子衰變從未被證實，至今仍沒有證據顯示質子衰變的可能。在標準模型理論中，質子是重子的一種，理論上它是穩定的，因質子的重子數是大致守恒。即質子不會以攝動的形式衰變成其他粒子，因為質子已經是最輕的（因而也是最低能量的）重子。一些超出標準模型理論范疇的大統一理論（GUTs）明確地否定了重子數的對稱性，允許質子經由X玻色子而衰變。質子衰變是各式提議的 GUTs 中少數可觀察的一種?，F時，所有試圖觀察這個衰變的實驗無一成功。
有關實驗
質子衰變是各式提議的 GUTs 中少數可觀察影響的一種，其他主要是磁單極。兩者自1980年代初成為實驗物理學中的主要研究焦點。人們進行了一系列的實驗，但截至目前為止，沒有一個得到質子衰變的確實證據。其中一個大統一理論——弱電統一理論的預言是，構成通常物質的大部分質量的質子能自發衰變成諸如反電子之類更輕的粒子。其原因在于，在大統一能量下，夸克和反電子之間沒有本質的不同。正常情況下一個質子中的三個夸克沒有足夠能量轉變成反電子，由于不確定性原理意味著質子中夸克的能量不可能嚴格不變，所以，其中一個夸克能非常偶然地獲得足夠能量進行這種轉變，這樣質子就要衰變?？淇艘玫阶銐蚰芰康母怕适侨绱酥?，以至于至少要等100萬億億億年（10^30年--10^32年）才能有一次。這比宇宙從大爆炸以來的年齡（大約100億年，10^10年）要長得多了。因此，人們會認為不可能在實驗上檢測到質子自發衰變的可能性。但是，我們可以觀察包含極大數量質子的大量物質，以增加檢測衰變的機會。（譬如，如果觀察的物件含有10^31個質子，按照最簡單的 GUT，可以預料在一年內應能看到多于一次的質子衰變。）
質子衰變曾有一段時期是實驗物理學中一個非常觸目的領域，但目前為止，所有試圖觀察這個衰變的實驗無一成功。有一個實驗是用了8千噸水在美國俄亥俄州的莫爾頓鹽礦里進行的（為了避免其他因宇宙射線引起的會和質子衰變相混淆的事件發生）。由于在實驗中沒有觀測到自發的質子衰變，因此可以估算出，可能的質子壽命至少應為1千萬億億億年（10^31年）。這比簡單的大統一理論所預言的壽命更長。然而，一些更精致更復雜的大統一理論預言的壽命比這更長，因此需要用更靈敏的手段對甚至更大量的物質進行檢驗。近來日本利用超級神岡探測器在水中探測契忍可夫輻射的實驗中，指出如果質子完全衰變，半衰期必定至少長達 10^34 年。一篇2015年的分析指出，質子的正子衰變的半衰期的下限至少是1.67×10^34年；而相似地，一篇2012年的分析指出，質子的反渺子衰變的半衰期的下限至少是1.08×10^34，這些數據都已接近超對稱理論所預測的10^34–10^36年。作為下一代探測器的超巨型神岡探測器（Hyper-Kamiokande，可縮寫為HK）預計可有超級神岡探測器五到十倍的靈敏度。
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