¿Por qué no podemos estabilizar elementos con altos números de masa arrojándoles una tonelada de neutrones para que la fuerza fuerte sea muy fuerte?

La fuerte fuerza que mantiene unidos los protones y los neutrones es la expresión externa de la fuerza de color que mantiene unidos 3 quarks adecuados para formar un protón o neutrón.

Si bien los gluones virtuales de la fuerza del color mantendrán el tipo correcto de quarks junto con una fuerza casi indestructible, en el rango en el que opera la unión de protones y neutrones, es mucho más débil.

La fuerza de la repulsión electromagnética que intenta separar los protones con carga similar en los núcleos solo puede ser contenida por la fuerza nuclear fuerte bajo configuraciones específicas. Es por eso que hay algunos núcleos estables en la tabla de isótopos, pero también hay una gran cantidad de isótopos inestables que se descomponen cuando la fuerza fuerte se vence por la repulsión EM.

A medida que avanzas en la tabla de isótopos hacia núcleos cada vez más masivos, las distancias a través de las cuales la fuerza fuerte tiene que operar aumentan gradualmente, lo que genera más isótopos inestables. Una vez que excede el elemento 82, plomo, todos los isótopos son radiactivos, y generalmente se vuelven más radiactivos a medida que agrega protones a los núcleos.

Puede hacer elementos con números de masa más altos saturando los núcleos pesados ​​con neutrones, los núcleos intentan naturalmente obtener más estabilidad a medida que absorben los neutrones (a veces se descomponen en beta si un protón agregado los hace más estables), pero existen límites reales sobre cómo La fuerza fuerte puede contener muchos nucleones en un núcleo, por lo que eventualmente el proceso simplemente se rompe.

El problema con su idea es que la fuerza fuerte también es de muy corto alcance, un poco como las atracciones de Van der Waals entre las moléculas de agua; Entonces, cuando los neutrones se separan lo suficiente, ya no ayudan a mantener las cosas juntas, y el principio extendido de Pauli evita que se acerquen demasiado. El resultado es un poco como una gota de agua demasiado grande: tiende a dividirse en gotas más pequeñas.

Además, los neutrones son inestables por sí mismos; tienen que “caer en un pozo potencial” para no descomponerse en los productos más ligeros de protones + electrones + antineutrinos. Cuando el pozo es muy poco profundo, se obtiene la desintegración beta.

Todo esto es buena suerte para nosotros, porque si los núcleos pudieran seguir creciendo absorbiendo más neutrones, ¡lo harían! Entonces el universo se habría convertido en un gran núcleo hace mucho tiempo.

Por la misma razón que los elementos ligeros no se vuelven más estables cuanto más neutrones les arrojas … hay otras fuerzas en el Universo además del fuerte nuclear.

Las fuerzas contra las que está trabajando son el electromagnetismo (por qué necesita neutrones para empezar) y la débil fuerza nuclear.

Los neutrones son, por sí mismos, inestables a la desintegración beta. Cuantos más neutrones tengas, mayor será la inestabilidad.

Eso no funciona para ningún elemento, pesado o liviano. Hay una proporción óptima de protones a neutrones, y demasiados o muy pocos neutrones hacen que el isótopo sea inestable.

Consulte la Tabla de nucleidos – Wikipedia para ver los hechos experimentales.

El archivo: NuclideMap stitched.png es una imagen particularmente agradable, pero debe descargarla con la resolución más alta (13,019 × 9,010 píxeles) para que sea legible. Una versión interactiva está disponible en Nudat 2.

El enfoque de “arrojarle neutrones” funciona tanto en la naturaleza (supernovas) como artificialmente (bombas de hidrógeno), pero solo hasta el elemento 100, Fermium. Más allá de eso, simplemente no se puede obtener un núcleo que permanezca estable contra la fisión el tiempo suficiente para que la descomposición beta se active.

Simplemente no funciona de esa manera. Este enlace es a un sitio muy útil e informativo mantenido por el OIEA. Estructura nuclear y datos de desintegración

Este es el gráfico de los nucleidos. Comenzando en la esquina inferior izquierda, ascendente es el número de protones y aumentando de izquierda a derecha es el número de neutrones. Tenga en cuenta que todo lo más pesado que 208Pb (plomo 208) es inestable, sin importar cuántos neutrones tenga. 209Bi es discutible porque su vida media es decenas de miles de veces más larga que la edad actual del universo. Algunos lo consideran estable.

Ahora, por qué no son estables es otra (y abierta) pregunta.

Ver Línea de goteo nuclear – Wikipedia

No tenemos una “tonelada” de neutrones térmicos disponibles en ningún instante, y ciertamente no podemos apuntarlos bien.