¿Qué fenómeno físico explica mejor la región de semividas muy cortas en la tabla de nucleidos?

Es un tanto irónico que esta "Isla de Inestabilidad" se produzca justo después de uno de los grandes núcleos más estables, es decir$Pb^{208}$.$Pb^{208}$debe su estabilidad al hecho de que es doblemente mágico (que consta de capas cerradas de neutrones y protones). Estos sistemas doblemente mágicos son esféricos y cuando ocurren cerca de la línea de estabilidad beta (como es el caso de$Pb^{208}$) se mejora aún más su estabilidad. Entonces, ¿qué podría explicar la marcada inestabilidad de los núcleos inmediatamente después?

La respuesta a esta pregunta requiere algunos detalles finos del modelo de capa nuclear y específicamente la naturaleza de los orbitales de neutrones y protones que se llenan en esta región. Si uno mira los espines del estado fundamental de ambos$Pb^{209}$y$Bi^{209}$, se ve que los dos tienen spin$\frac92$. Según los cálculos que realicé para mi doctorado, es probable que estos orbitales sean$0g\frac92$y$0h\frac92$respectivamente para los orbitales de neutrones y protones. Lo único de esta situación es que ambos orbitales tienen un momento angular orbital muy alto (4 y 5 respectivamente).

Cuando se agregan neutrones y protones adicionales a un núcleo esférico, la fuerza de emparejamiento actúa para generar el giro nuclear total más bajo posible. Para núcleos pares-pares, los estados fundamentales son siempre de espín 0. El alto momento angular de los orbitales que siguen$Pb^{208}$significa que estas entidades emparejadas se formarán en la periferia nuclear (forzadas allí por la alta barrera del momento angular). Eso significa que$\alpha$el decaimiento (para sistemas pares-pares) será más probable en esta región de lo que sería el caso si uno o ambos orbitales emparejados tuvieran un momento angular más bajo. Como han indicado los comentarios, estos son en su mayoría$\alpha$emisores, por lo que la inestabilidad mejorada es de esperar.