Barrera de Coulomb y evaporación de protones.

¿Por qué los neutrones se evaporan de los núcleos más fácilmente que los protones?

Intuitivamente, dado que los protones son repelidos electrostáticamente (además de las fuerzas nucleares que tienen en común con los neutrones), cabría esperar que los protones fueran expulsados ​​más fácilmente que los neutrones. (Tal vez esto es incluso lo que sucede con los núcleos pequeños, pero aparentemente no con los núcleos grandes).

Parece que se dice en el lenguaje común que la fuerza/barrera de Coulomb actúa para contener los protones. Lo cual es contraintuitivo.

Por otro lado, al menos algunos libros de texto reconocen que la fuerza de Coulomb trata de alejar a los protones de otros en el núcleo, por lo que infieren que la fuerza nuclear (p. ej., la fuerza residual fuerte) debe actuar con más fuerza sobre los protones que sobre ellos. neutrones. (Al menos en núcleos grandes, "núcleos estables beta", núcleos con exceso de neutrones...) Entonces, ¿cómo distingue esta fuerza nuclear entre protones y neutrones?

Respuestas (2)

Su intuición acerca de la repulsión de carga y la fuerza fuerte que actúa sobre los protones es más importante de lo que piensa. La fuerza nuclear fuerte es unos pocos órdenes de magnitud mayor que el electromagnetismo, por lo que la repulsión de culombio simplemente no contribuye mucho.

Lo que más importa es la energía de enlace nuclear para separar un protón del núcleo. Si el sistema resultante está por debajo de la energía de separación de protones, es posible que el protón se escape. Consulte Emisión de protones y Línea de goteo de protones para obtener más información al respecto. Sucede, pero recuerde que la emisión de neutrones también es rara. β + y β − y la emisión Alfa son mucho más comunes.

¿No es la energía de enlace de una partícula alfa menor que la de un protón? Quiero decir, así es como funciona la fusión en las estrellas. Entonces, dada la elección, un núcleo preferiría arrojar una partícula alfa, y eso sucede con más frecuencia que los neutrones, por lo que, desde un punto de vista completamente circunspecto, creo que las emisiones de los núcleos tienen mucho sentido.
@AlanSE: Eso no es del todo correcto. Consulte esta pregunta: physics.stackexchange.com/questions/61699/…
@BenCrowell Hay 3 partes relevantes en la imagen que veo aquí. Está el valor Q, está más o menos la barrera de tunelización cuántica de Coulomb que favorece cargas más bajas (que me perdí arriba), y hay una especie de principio antrópico. Si a un núcleo le resultara energéticamente favorable decaer por emisión de neutrones, probablemente ya lo habría hecho. Debido a que estamos interesados ​​en los núcleos que realmente existen, queremos saber acerca de las desintegraciones que tienen vidas medias del orden de 10 mil millones de años más o menos. Explicar ese punto final probablemente requiera más investigación de la que he hecho.
@AlanSE: No tiene nada que ver con el principio antrópico. El principio antrópico sería relevante si discutiéramos qué núcleos existirían bajo algunas leyes alternativas de la física, en una parte diferente del panorama de la teoría de cuerdas, en una época cosmológica diferente, etc.
@BenCrowell Creo que es una definición demasiado específica para esa palabra, hay observaciones antrópicas simples, que son completamente diferentes al principio antrópico. Pero tal vez soy yo el que está extendiendo el alcance de la palabra. ¿Cómo llamarías a la observación?

"¿Por qué los neutrones se evaporan de los núcleos más fácilmente que los protones?"

Esto no es cierto en general. In depende en gran medida de dónde está el núcleo en relación con la línea de goteo de neutrones y la línea de goteo de protones. También depende de Z y de cuán excitado esté el núcleo.

Un núcleo frío que está más allá de la línea de goteo de neutrones emitirá un neutrón en un tiempo muy corto, del orden del tiempo requerido para que un neutrón recorra una distancia igual al diámetro del núcleo. Un núcleo frío que está más allá de la línea de goteo de protones generalmente se desintegrará por emisión de protones, pero la escala de tiempo será mucho más larga, porque el protón tiene que atravesar la barrera de Coulomb.

Es contrario a la intuición pero cierto que aunque la fuerza eléctrica entre los protones es repulsiva, la existencia de la barrera de potencial eléctrico reduce la tasa de emisión de protones. Esta pregunta entra en eso: Tunelización de partículas alfa

"al menos algunos libros de texto [...] infieren que la fuerza nuclear [...] debe actuar con más fuerza sobre los protones que sobre los neutrones. [...] Entonces, ¿cómo distingue esta fuerza nuclear entre protones y neutrones? "

No, esto está mal, y los libros de texto no dicen esto. Lo que rompe la simetría (simetría de isospin) entre neutrones y protones es la interacción electromagnética, no cualquier violación de isospin por parte de la fuerza fuerte.

Barrera de Coulomb y evaporación de protones.
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