¿Por qué la descomposición radiactiva es espontánea?

Answer 1

Los núcleos se mantienen unidos por la Fuerza Residual Fuerte. Los protones en el núcleo ejercen una fuerza electrostática masiva entre sí, debido a su proximidad extrema (del orden de los femtómetros). La fuerza fuerte residual se extiende entre los nucleones y los une, actuando contra la repulsión electrostática entre los nucleones. La energía del RSF contribuye con una porción pequeña pero significativa de masa (debido a la equivalencia de energía de masa) a la masa total del núcleo de elementos pesados.

El equilibrio entre el RSF y la fuerza electrostática en el núcleo a veces no es perfecto. Esto depende de factores como la geometría del núcleo, el número de neutrones (los neutrones se comportan como un moderador (tee hee) del equilibrio entre estas fuerzas, reduciendo la efectividad del RSF) y el número relativo de protones: neutrones.

Este equilibrio imperfecto resulta en radioactividad. Como se señaló anteriormente, el RSF es sustancialmente más fuerte que la repulsión electrostática; sin embargo, la repulsión electrostática está allí y es persistente. En ocasiones, y quizás lo más importante, al azar, la repulsión electrostática es capaz de superar la fuerza de unión de la RSF a pesar de que la RSF es más fuerte. Este es un fenómeno llamado ‘túnel cuántico’ en el que ocurre un evento, a pesar de que hay una barrera de energía sustancial que bloquea el evento. Una buena analogía de los túneles es levantar un automóvil a mano. Puedes levantar cosas muy pesadas, pero la fuerza de gravedad que actúa sobre el automóvil es mucho más fuerte que la fuerza de tus músculos al levantarlo. Sin embargo, imagínese si de repente y solo una vez pudiera levantar el automóvil, aunque la gravedad que lo sujetaba fuera mucho más fuerte que su elevación. Esto es análogo al túnel cuántico.

Es la naturaleza de este túnel que es aleatorio. No hay una razón conocida para este túnel (es decir, no hay “defecto” en el RSF o “refuerzo” de la fuerza electromagnética para explicarlo): la “aleatoriedad” es una propiedad del universo muy parecida a la gravedad.

Answer 2

Hay buenas razones para pensar que la desintegración radiactiva no es espontánea.

Si la desintegración radiactiva fuera necesariamente espontánea, eso significaría que cualquier evento de desintegración particular para un átomo particular debe haberse puesto en movimiento en el momento en que se formó el átomo. El telurio-128, en particular, tiene una vida media de más de 10,000 mil millones de años. Parece extraordinariamente improbable que ese tipo de retraso pueda codificarse en la estructura nativa de un átomo. Tenga en cuenta que, en una escala de tiempo de picosegundos, la variación en el tiempo de descomposición real de átomo a átomo puede variar en más de 43 órdenes de magnitud.

Es mucho más probable que la desintegración radiactiva sea provocada por eventos externos, en particular, fluctuaciones cuánticas:

El proceso de descomposición, como todas las transformaciones de energía obstaculizadas, puede ser analógico por un campo de nieve en una montaña. Si bien la fricción entre los cristales de hielo puede estar soportando el peso de la nieve, el sistema es inherentemente inestable con respecto a un estado de menor energía potencial. Una perturbación facilitaría el camino hacia un estado de mayor entropía: el sistema se moverá hacia el estado fundamental, produciendo calor, y la energía total se distribuirá en un mayor número de estados cuánticos, lo que provocará una avalancha. La energía total no cambia en este proceso, pero, debido a la segunda ley de la termodinámica, las avalanchas solo se han observado en una dirección y es hacia el “estado fundamental”, el estado con el mayor número de formas en que La energía podría ser distribuida.

Answer 3

Porque el mecanismo subyacente es de naturaleza cuántica mecánica.

La mecánica cuántica tiene un elemento de aleatoriedad en sus reglas. Pero son de naturaleza probabilística. En otras palabras, incluso si nunca podemos predecir exactamente cuándo ocurrirá una desintegración radiactiva de un núcleo específico, podemos calcular (o más fácilmente: medir) la probabilidad de que se desintegra en un período de tiempo determinado. Mientras el número de núcleos / átomos sea grande, esto hace que el comportamiento general de la muestra sea muy predecible.