¿Por qué los neutrones libres tienen vidas medias tan cortas en comparación con los neutrones unidos?

Cuando un neutrón libre se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino, es un proceso energéticamente favorable. Es por eso que tiende a ocurrir.

Sin embargo, cuando se encuentra dentro de un núcleo estable, si un neutrón se descompone en un protón, el proceso no es energéticamente viable. El protón recién creado experimentaría repulsión del núcleo cargado positivamente. Por lo tanto, costaría algo de energía mantener esa conversión en un protón. Es por eso que el neutrón permanece como está.

En un átomo inestable abrumadoramente lleno de neutrones, la energía liberada en la desintegración de neutrones puede, de hecho, ser mayor que la energía de repulsión electrostática del protón adicional. En ese caso, el neutrón se desintegra y se dice que el núcleo es radioactivo.

Entonces, en un núcleo estable, una desintegración de neutrones no es factible energéticamente y, por lo tanto, permanece estable.

El principio de exclusión de Pauli dice que no puede tener más de un fermión en el mismo estado de energía.

Así que puedes imaginar un neutrón libre como una canica en la cima de una colina. Naturalmente, quiere entrar en un estado de menor energía, y resulta que protón + electrón + antineutrino es un estado de menor energía. Entonces, los neutrones libres naturalmente quieren rodar cuesta abajo.

El problema es que en un núcleo unido, el estado de energía en el que el neutrón quiere descomponerse ya está lleno de un protón. Entonces, es una canica en la cima de una colina que quiere rodar por esa colina, pero resulta que el fondo de la colina ya está lleno de canicas, por lo que no tiene espacio para descender.

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