Entonces, pensé que esta debería ser una pregunta ya formulada, pero una búsqueda rápida no encontró una respuesta, así que déjame intentarlo aquí.
Primero debe recordar la razón por la cual los núcleos requieren que los neutrones sean estables.
Los núcleos contienen los dos nucleones principales, protones y neutrones. En principio, podría formar un núcleo a partir de cualquier combinación de estos, pero la mayoría se desmoronará (bueno, se desmoronará realmente …) de inmediato. Con demasiados protones, el núcleo es forzado a separarse, con demasiados neutrones los neutrones se descomponen. Centrémonos en la primera parte de eso.
- ¿Un agujero negro tiene un protón y un neutrón?
- Según la Mecánica Newtoniana, ¿no deberían las partículas como los protones y los electrones tener un horizonte de eventos también?
- Los protones son inamovibles. ¿Cómo se emiten durante la radiación como partículas alfa?
- ¿Se ha observado realmente la partícula del bosón de Higgs, o es solo una idea?
- ¿Es correcto decir que los electrones son responsables de transportar corriente? ¿Qué hay de los protones?
Para cualquier núcleo con más de un protón, la fuerza electromagnética que repele los protones es enorme (al menos en relación con las partículas). Si bien la fuerza nuclear fuerte residual compensa parte de esa repulsión (la fuerza fuerte atrae a los protones a otros protones), no es suficiente para mantener unidos a los protones.
Pero si también hay neutrones presentes en el núcleo, estos también atraen a los protones (y entre sí) y no se repelen. Entonces la atracción ahora es suficiente para mantener todo junto. En términos generales, necesita aproximadamente un protón por neutrón o un poco menos.
Excepto … la fuerza fuerte tiene un rango muy limitado, mientras que la fuerza electromagnética no. Entonces, para un núcleo más grande, un protón siente la repulsión de cualquier otro protón, pero la atracción de solo los nucleones que están cerca de él. Entonces se necesitan más neutrones.
A veces comparo esto con la gestión del aula. Una de las técnicas para calmar a los estudiantes rebeldes que se les enseña en la capacitación para ser maestros es la simple proximidad. Si un grupo de estudiantes está comenzando a ser rebelde, simplemente moverse para estar cerca de esos estudiantes los tranquilizará. Pero este efecto tiene un cierto “rango” … si tienes una clase muy grande, entonces cuando vas a un lado de la sala para calmar a los estudiantes allí, los estudiantes del otro lado pueden comenzar a estar inquietos, y viceversa. Para utilizar este efecto para mantener a toda la clase tranquila, necesitaría dos maestros. O más a medida que la clase se hace más y más grande.
De manera similar, a medida que el núcleo se hace físicamente más grande, necesitamos más neutrones en relación con el número de protones. Eventualmente, el número de neutrones se vuelve demasiado grande y el átomo se vuelve inestable porque tener suficientes neutrones para mantener los protones juntos requiere demasiados neutrones para ser estable. Esta es la razón por la cual los núcleos estables comienzan con números aproximadamente iguales de protones y neutrones, pero necesitan más neutrones que protones con números de masa más altos … eventualmente alcanzan el punto donde ningún núcleo es realmente estable.
Esto es, por supuesto, una simplificación … hay otros factores asociados con la estructura de la cubierta del núcleo (niveles de energía) que nos dan ciertos ‘números mágicos’ de nucleones que son más estables, y otros detalles que necesita alguna teoría cuántica para explique. Pero este equilibrio entre atracción y repulsión es el factor principal para hacer núcleos estables.
