Wenn Sie einen großen Kern nehmen und ihm Protonen hinzufügen, wird die elektrostatische Abstoßung zwischen ihnen den Kern instabiler machen, da die elektrostatische Kraft zwischen ihnen in größerer Entfernung abstoßender ist als die starke Kraft anziehend
Wie kommt es also, dass der Kern noch instabiler wird, wenn Sie mehr Neutronen hinzufügen, die keine Ladung haben und daher keine elektrostatische Kraft vorhanden ist?
Warum gibt es auch keine Gruppen von Neutronen, die aneinander gebunden sind, also reine Neutronenkerne (weil sie neutral sind, vermute ich, dass sie aufgrund der für ein Atom benötigten Elektronen keine Atome bilden können)
In einem Kern, dessen N/Z-Verhältnis zu groß ist, zwingt das Pauli-Ausschlussprinzip viele der Neutronen dazu, sich in Zuständen mit hohen Energien zu befinden. Dadurch wird das System weniger stabil. Für ein festes N macht das Hinzufügen von Protonen solche hoch neutronenreichen Systeme auch stabiler, weil die Wechselwirkung zwischen den Protonen und den Neutronen anziehend ist und die Protonen in niederenergetische Zustände übergehen können.
Es gibt keine Coulomb-Barriere für Neutronen, wenn also ein Neutron eine Energie hat, die hoch genug ist, um zu entkommen, tut es das einfach – es ist kein Tunneln erforderlich. Selbst wenn das System gebunden ist, erfährt das System einen Beta-Zerfall in Richtung der Stabilitätslinie.
Dennoch gibt es einige Systeme mit sehr hohem N/Z, die gegen Neutronenemission stabil sind. 8He ist zB gebunden und hat eine Halbwertszeit von 119 ms.
Die beiden reinen Neutronensysteme, von denen Theoretiker vorhersagen, dass sie die besten Chancen haben könnten, zusammenzuhalten, sind N=2 (das Dineutron) und N=4. Experimentelle Suchen nach Dineutronen über einen Zeitraum von Jahrzehnten haben keine gefunden, daher sind wir ziemlich sicher, dass sie ungebunden sind. Diese Leute behaupteten, das N=4-System mit einer Lebensdauer von mindestens ~100 ns entdeckt zu haben, was bedeutet, dass es gebunden sein müsste, obwohl es nicht stabil in Bezug auf den Beta-Zerfall ist. Ob sie Recht haben, ist eine ganz andere Frage. Darauf würde ich kein Sixpack verwetten.
Ein sehr n-reicher Kern ist gegenüber Beta-Zerfall instabil. Das Neutron ist massiver als das Proton, daher stehen für Neutronen Protonenzustände mit niedrigerer Energie zur Verfügung, in die sie zerfallen können (wobei gleichzeitig ein Beta-Zerfallselektron emittiert wird). Das Füllen dieser Zustände mit Protonen (dh das Verringern des N/Z-Verhältnisses) blockiert diesen Beta-Zerfallskanal, da das Pauli-Ausschlussprinzip verhindert, dass zwei Protonen denselben Quantenzustand einnehmen.
Paul