Hay algunas formas diferentes de producir núcleos inestables:

• Nfusión nuclear es una forma bastante común de producir núcleos inestables en la naturaleza. A energías suficientemente altas, los núcleos estables se pueden fusionar para crear otros inestables. Por ejemplo, un paso de una de las secuencias habituales de combustión de hidrógeno en las estrellas combina un núcleo de helio-3 y un núcleo de helio-4 (ambos estables) en un núcleo de berilio-7, que es inestable, con una mitad vida de aproximadamente 53 días. Las estrellas generalmente usan la fusión nuclear para producir la mayoría de los elementos desde boro hasta aproximadamente hierro durante su vida. También es la forma en que producimos muchos de los elementos sintéticos pesados ​​en el laboratorio, cuando colisionamos haces de iones con un objetivo fijo.

• Neutron capture también puede convertir un núcleo estable en uno inestable. Dado que los neutrones no están cargados, no se ven afectados por la repulsión de Coulomb de los protones del núcleo y pueden incorporarse con bastante facilidad incluso en un núcleo estable con la energía adecuada. Incluso los materiales de construcción comunes como el hormigón y el acero pueden volverse radiactivos en presencia de suficiente radiación de neutrones a la energía adecuada. La captura de neutrones puede incluso inducir la fisión nuclear y, de hecho, este es el mecanismo por el cual operan los reactores de fisión nuclear. A menudo, estos reactores se ponen en marcha con una "pistola de neutrones" que inyecta neutrones de la energía adecuada en el núcleo del reactor. La captura de neutrones juega un papel prominente en la creación de elementos aún más pesados, en condiciones más extremas como supernovas, fusiones de estrellas de neutrones y otros eventos cataclísmicos. En un proceso de nucleosíntesis estelar como el proceso r (abreviatura de "proceso rápido de captura de neutrones"), los núcleos de las semillas capturan neutrones para moverse a masas cada vez más pesadas. Esos isótopos pesados ​​son inestables y beta se desintegra hacia la estabilidad. La mayoría de esos núcleos pesados ​​tienen semividas extremadamente cortas, pero algunos núcleos de proceso r tienen una vida lo suficientemente larga como para encontrarse en la Tierra.

• Decay de otros núcleos inestables es bastante obvio, pero aún debe incluirse ya que es un proceso distinto. La mayoría de los núcleos que vemos en la Tierra con vidas medias cortas son en sí mismos productos de desintegración de núcleos inestables con vidas medias más largas. Por ejemplo, el gas radón que se acumula en los sótanos es uno de los productos de descomposición del uranio-238 que ha estado en el suelo básicamente desde que se formó la Tierra.

• Interacciones Neutrino son una contribución pequeña, pero notable, a la nucleosíntesis. Un neutrino de alta energía tiene una probabilidad pequeña, pero distinta de cero, de expulsar un protón o un neutrón de un núcleo. En las supernovas, hay una cantidad absolutamente asombrosa de neutrinos producidos (xkcd obligatorio y si: https://what-if.xkcd.com/73/); Dado que hay tantos neutrinos de alta energía volando alrededor, en realidad hay un número no despreciable de reacciones nucleares inducidas por neutrinos que ocurren, y actualmente se cree que la nucleosíntesis inducida por neutrinos explica en parte las abundancias observadas de algunos núcleos ligeros con números impares. como flúor-19.

Esta no es necesariamente una lista exhaustiva, pero notará que contiene tanto ejemplos encontrados en la naturaleza como ejemplos producidos en el laboratorio.

No existe un principio fundamental que haga que los estados inestables no puedan existir. Es solo que al ser inestables, no existirán por mucho tiempo. Por ejemplo, tome un cono. Puede colocar el cono en una mesa con su base en la parte inferior, y eso sería estable ("estable" aquí significa que si hay una pequeña perturbación, el objeto vuelve a su estado original). También puede colocar el cono en una mesa con la punta hacia abajo, y eso sería inestable. El estado inestable no permanecerá por mucho tiempo, el más mínimo viento hará que el cono se caiga, pero en principio, puedes hacerlo.

Lo mismo ocurre con los núcleos inestables. Puede hacer núcleos inestables, y están hechos, en estrellas, por ejemplo, o aceleradores de partículas. No esperas que duren mucho, y muchos de hecho no lo hacen (aunque también hay núcleos inestables que duran millones de años), pero aún puedes producirlos.

¿Por qué hacerlos? En las estrellas, son simplemente una consecuencia de las otras cosas que están sucediendo. En los aceleradores de partículas, es porque queremos hacerlos por cualquier motivo.

Parece que estás pensando que los núcleos inestables deben formarse mediante un proceso especial que otros núcleos no lo están. Esto es incorrecto: están formados exactamente por los mismos procesos que los núcleos estables, y si quieres saber cuáles son, tu pregunta es "¿cómo se forman los núcleos ?" sin distinción en cuanto a estabilidad. La respuesta básica a eso es que se forman presionando núcleos más pequeños o separando los más grandes, y teniendo en cuenta que un solo protón o un solo neutrón también son núcleos, el más pequeño posible, al igual que un grupo que contiene 1 persona puede hacerlo. todavía se puede considerar como un "grupo" en un sentido natural.

Con respecto a cómo los núcleos inestables se vuelven estables, la respuesta es que lo hacen por desintegración, es decir, radiactividad.

Ahora, si también se está preguntando, " ¿por qué algunos núcleos son inestables y otros estables?", esa es la parte interesante. Verá, el núcleo atómico es básicamente un tira y afloja de tres vías entre 3 tipos diferentes de fuerzas:

1. Una de estas fuerzas es la fuerza electromagnética . Esta fuerza se debe a las cargas positivas de los protones. Cargas positivas, o cualquier carga eléctrica de la misma polaridad, muy cerca, intentan repelerse entre sí. Esta fuerza, por tanto, quiere hacer estallar el núcleo .
2. La otra fuerza es la fuerza fuerte residual . Esta fuerza es más difícil de explicar, pero básicamente da como resultado una atracción muy fuerte de protones y neutrones entre sí (en cualquier combinación), una vez que están adecuadamente juntos. Esta fuerza quiere juntar el núcleo . Sin embargo, la fuerza disminuye muy rápidamente con la distancia, mucho más rápido que el cuadrado inverso de la fuerza electromagnética, aunque en distancias cortas la supera con creces en fuerza.
3. La tercera fuerza es muy extraña porque, al menos en este contexto, no es lo que normalmente piensas como una "fuerza" en absoluto, es decir, algo que empuja y jala cosas, sinolo que hace es cambiar protones y neutrones entre sí, y su objetivo es, por tanto, "atraer" sus números hacia un equilibrio.Esta "fuerza" se llama interacción débil .

Dependiendo de cómo vaya el equilibrio de las tres fuerzas, el núcleo estará en equilibrio, o será estable, o no lo estará, y por lo tanto inestable y las fuerzas actuarán juntas para moverlo hacia ese equilibrio,cambiándolo como puede ser, por ejemplo, expulsando partes y convirtiendo protones / neutrones entre sí hasta que se logre la condición de equilibrio.

Los núcleos inestables se forman de muchas formas diferentes. En primer lugar, muchos se crean en estrellas viejas, especialmente cuando explotan como supernovas. Este es el caso de todos los elementos con números atómicos superiores al hierro, ya que no se forman durante la vida normal de una estrella.

Como resultado, elementos como $ ^ {238} U $ con una vida media de 4.500 millones de años, se formaron en supernovas y son más antiguos que el sistema solar. . Sin embargo, $ ^ {235} U $ tiene una vida media de solo 700 millones de años. Solo alrededor del 1% de cualquier $ ^ {235} U $ se formó antes de que el sistema solar todavía estuviera presente. Este problema es aún peor con isótopos con vidas medias aún más cortas, p. $ ^ {14} C $ que tiene una vida media de solo 5700 años.

Estos isótopos se forman aquí en la tierra a través de varios procesos. Por ejemplo, $ ^ {14} C $ se crea cuando las partículas (rayos cósmicos o partículas solares) golpean $ ^ {14 } N $ átomos

Las preguntas sobre "por qué" en física se pueden responder de dos maneras:

1) eso es lo que observamos

2) tenemos un modelo matemático que explica las observaciones y detalla cómo se forman los núcleos inestables. El modelo está validado por predicciones correctas y podemos explicar cómo pueden existir núcleos inestables.

Estamos en el segundo modo: dado que existen núcleos inestables, podemos explicar cómo y por qué existen en esa forma particular usando nuestros modelos.

Los modelos son mecánicos cuánticos y también dependen de la relatividad especial.

Al igual que con los modelos atómicos, predicen los niveles de energía para los núcleos, sobre cómo los protones y neutrones pueden llenar los niveles de energía cumpliendo con la conservación del número cuántico y el principio de exclusión de Pauli.

Con el modelo atómico, los electrones están en capas alrededor del núcleo y la inestabilidad aparece a través de interacciones, cuando los electrones están en estados de salida y existen niveles de energía más bajos a los que el átomo puede relajarse emitiendo un fotón.

Con el modelo de caparazón nuclear

La evidencia de una especie de estructura de capa y un número limitado de estados de energía permitidos sugiere que un nucleón se mueve en algún tipo de potencial efectivo bien creado por las fuerzas de todos los demás nucleones. Esto conduce a la cuantificación de energía de una manera similar al pozo cuadrado y los potenciales del oscilador armónico. Dado que los detalles del pozo determinan las energías, se ha dedicado mucho esfuerzo a la construcción de pozos potenciales para el modelado de los niveles de energía nuclear observados.

La inestabilidad aparecerá en los productos de desintegración de núcleos de larga duración pero inestables, o en interacciones, como sucedió en el momento de la nucleosíntesis en los modelos cosmológicos.

Es un problema de muchos cuerpos. Cada nucleón en un potencial efectivo se crea por la presencia de todos los demás nucleones, obedeciendo todas las reglas cuánticas, incluida la conservación de energía y la conservación del momento angular.

Existen soluciones en el modelo para varios estados energéticos.Como en todos los modelos cuánticos, un estado de mayor energía caerá a un estado de menor energía si todas las reglas de conservación de números cuánticos lo permiten.Los estados de mayor energía tienen una probabilidad (esto es la mecánica cuántica y se trata de probabilidad) de decaer a los estados inferiores, y eso se puede calcular como el tiempo de vida de la decadencia.Los modelos de capa del núcleo pueden predecir la vida útil de la desintegración y los productos de desintegración, porque en general el modelo de capa es un modelo validado.Por lo tanto, si existe un nivel de energía más bajo para los núcleos y no se viola la conservación de los números cuánticos, habrá una desintegración a un núcleo final con un nivel de energía estable (de larga duración) en el modelo de capa.

Entonces, la respuesta matemática es: debido a la mecánica cuántica y las leyes de conservación.Vale la pena leer el enlace proporcionado.