Algo mantiene unidos protones y neutrones en un núcleo. Las cargas eléctricas de los protones se repelen entre sí, por lo que debe haber algo más que los junte y esto de alguna manera requiere neutrones. La naturaleza exacta de este “algo más” no se conoce con certeza y puede ser, y probablemente sea, una combinación de fenómenos cuánticos.
En muchos sentidos, esta situación es similar al estado de la química antes de la “tabla periódica de elementos”. Tenemos muchos datos y mediciones, pero aún no hemos encontrado un marco conceptual unificador para explicarlo todo. La dinámica de la nube de electrones alrededor de un núcleo es compleja, pero se ha elaborado para explicar incluso observaciones muy oscuras.
Lo que sea que esté sucediendo para mantener unido el núcleo es aparentemente más complejo. Lo que sabemos es que tenemos dos tipos de partículas, protones y neutrones, que están formados por otros dos tipos de partículas, quarks UP y DOWN, en grupos de tres. Todos unidos por dos o tres tipos de fuerzas. Solo entendemos muy bien uno de ellos: carga eléctrica. Ni siquiera hay un acuerdo universal sobre cómo llamar a estas otras fuerzas. Tenemos color, fuerte, débil, electro-débil, y tal vez más.
Se ha demostrado que los isótopos, o nucleidos, como prefiero llamarlos en este contexto, existen el tiempo suficiente para observarlos con una cantidad de protones en el rango de 1 a 118 y con una cantidad de neutrones que van de 0 a 177. Aún se pueden descubrir números más grandes. Del gran número de combinaciones concebibles, solo se han observado aproximadamente 3000, aunque sea brevemente. De estos, solo 90 son estables.
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La explicación de por qué estos 90 son estables y el resto no lo sería respondería la pregunta. No sabemos por qué, pero nuestras observaciones nos muestran que el “centro” de ese grupo está más estrechamente unido que los que se comieron los márgenes. Eso tiene sentido. Esperaría que lo que sea que le dé a este grupo su estabilidad sea más efectivo en el medio del grupo. Hierro 56, con 26 protones y 30 conjuntos de neutrones en el centro del grupo.
Entonces, en general, cualquier cambio en un núcleo que lo mueva hacia el centro de ese grupo será favorecido enérgicamente. Con pequeños nucleidos, eso significa que se favorece la fusión. Con grandes nucleidos, eso significa que se favorecerá la fisión. El mal está en los detalles, por supuesto.
La energía de unión por nucleón alcanza un valor máximo cerca del hierro, pero es más bien un pico amplio. Una buena respuesta debería explicar qué está pasando dentro del núcleo que explica esto. La mala noticia es que nadie lo sabe con certeza. Hay algunos modelos, como el modelo de gota líquida, que se pueden usar para calcular (si tiene una supercomputadora) las propiedades de los nucleidos específicos. Todavía no he encontrado un modelo satisfactorio. Estoy jugando con un modelo de celosía modificado que promete, pero sigue siendo complicado. Puede haber alguna estructura interna en el núcleo que podría favorecer algunos nucleidos sobre otros. O no.
Su pregunta profundiza en la física nuclear de lo que podría haber esperado.
Pico de hierro – Wikipedia