Ist es möglich, dass jedes einzelne Isotop radioaktiv ist und Isotope, die wir stabil nennen, eigentlich instabil sind, aber eine extrem lange Halbwertszeit haben?

Wenn Protonen zerfallen, dann stimmt, was Sie sagen: Alle Atomkerne sind tatsächlich instabil, und ein sogenannter "stabiler" Kern hat einfach eine zu lange Halbwertszeit, als dass sein Zerfall beobachtet werden könnte.

Der am stärksten gebundene Kern ist$^{62}$Ni, mit einer Bindungsenergie pro Nukleon von 8,79 MeV [ Quelle ], was weniger als 1 % der Masse eines Nukleons ist. Andererseits ist der Zerfall eines Protons durch einen Prozess wie z

führt zum Verlust des größten Teils der Masse des Protons. Wenn also das Proton zerfallen kann, ist es ziemlich klar, dass ein Atomkern immer viel mehr Masse hat als ein hypothetischer Endzustand, in dem einige oder alle Protonen zerfallen sind. Mit anderen Worten, während Neutronen aufgrund der Bindungsenergie des Atomkerns nicht innerhalb "stabiler" Atomkerne zerfallen, können Protonen nicht so geschützt werden, weil ihr Zerfall energetisch viel günstiger wäre (als der eines Neutrons in ein Proton).

Die Frage, ob Protonen zerfallen, ist meines Wissens immer noch ungelöst.

Wenn Protonen nicht zerfallen, dann die$^1$Der H-Kern ist per Definition stabil, also gibt es mindestens einen stabilen Kern.

Nun fragen Sie sich vielleicht, wie wir feststellen können, dass ein Kern stabil ist (unter der Annahme, dass kein Proton zerfällt). Wir gehen davon aus, dass die Energie erhalten bleibt, und es ist unmöglich, dass ein Kern entsteht, wenn nicht genug Energie im System vorhanden ist, um seine Ruhemasse aufzubauen. Angenommen, wir haben unter dieser Annahme einen Kern. Wenn wir die Massen der Grundzustände aller Kerne mit gleicher oder kleinerer Nukleonenzahl kennen, können wir ausschließen, dass es einen Zustand gibt, in den sich der gegebene Kern mit geringerer Gesamtmasse umwandeln kann. Das wiederum garantiert, dass der gegebene Kern stabil ist, da er nicht in einen Endzustand mit größerer Masse zerfallen kann, ohne die Energieerhaltung zu verletzen. Betrachten Sie als einfaches Beispiel ein Deuteron,$^2$H. Seine minimal möglichen Zerfallsprodukte wären:

1. ein Proton plus ein Neutron;
2. zwei Protonen (plus ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino)
3. zwei Neutronen (plus ein Positron und ein Elektron Neutrino)
4. ein Diproton (plus ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino)
5. ein Dineutron (plus ein Positron und ein Elektron-Neutrino)

Aber alle diese Zustände haben eine höhere Masse als das Deuteron, also ist das Deuteron stabil; es hat keinen Abklingkanal.

Natürlich fragen Sie sich vielleicht, ob es mögliche Tochterkerne gibt, deren Massen wir nicht kennen, weil wir sie nie beobachtet haben. Könnte, sagen wir, der "Stall"$^{32}$S Zerfall in$^{16}$P (mit 15 Protonen und 1 Neutron) und$^{16}$H (mit 1 Proton und 15 Neutronen)? Schließlich kennen wir die Massen dieser hypothetischen Kerne nicht. Aber wenn Kerne, die so weit von der Tropflinie entfernt sind, tatsächlich eine Masse haben, die niedrig genug ist, um dies zu erreichen, müsste es eine radikal neue, unbekannte Kernphysik geben, die dies ermöglichen würde. Bei etwas, das den bestehenden Modellen auch nur annähernd ähnlich ist, ist dies einfach nicht möglich.

Wir sind uns nie zu 100 % sicher. Die wissenschaftliche Methode falsifiziert falsche Theorien, aber sie verifiziert nicht diejenigen, die wir umgangssprachlich als „richtig“ oder „wahr“ bezeichnen .

Wenn wir morgen den Zerfall eines normalen Sauerstoffatoms entdecken, müssen wir neue Theorien entwickeln, um das zu erklären.

Aber wir erwarten nicht, dass die Dinge, die wir stabil nennen, jemals verfallen (deshalb heißen sie stabil). Wir haben sie nie zerfallen sehen , und wir sehen - innerhalb der Theorien, die wir derzeit als wahr akzeptieren - keine Möglichkeit, wie sie zerfallen könnten. Da diese Theorien in anderen Fällen bei uns gut abgeschnitten haben, gibt es keinen Grund, ihnen in diesem Fall nicht zu vertrauen (bis Beweise dafür eintreffen, dass sie tatsächlich falsch sind).

Nebenbei bemerkt, Tellur-128 ist einfach das Nuklid mit der längsten Halbwertszeit, die wir je beim Zerfall beobachtet haben . Es gibt andere, von denen angenommen wird, dass sie mit viel längeren Halbwertszeiten instabil sind, die in dem Sinne "beobachtbar stabil" sind, dass wir sie nie in ausreichender Menge und Dauer beobachtet haben, um sie zerfallen zu sehen.

In Bezug auf ein einzelnes Element ist dies tatsächlich geschehen.

Natürliches Wismut besteht zu etwa 100 % aus ²⁰⁹ Bi , was keine offensichtlichen Anzeichen dafür zeigt, dass es radioaktiv ist.

Aber es stellte sich heraus, dass alles vorhandene Wismut radioaktiv ist .

Das Isotop 209 wurde schon früher als instabil vermutet, aber das wurde erst 2003 experimentell bestätigt, wobei eine Halbwertszeit von 1,9 × 10 ¹⁹ y gefunden wurde (beachten Sie, dass dies deutlich länger ist als das Alter des bekannten Universums). Alle anderen Isotope sind ebenfalls instabil.

Da die Halbwertszeit sehr lang ist – was bedeutet, dass relativ wenige Atome pro Zeit zerfallen, ist Wismut für alle praktischen Zwecke immer noch stabil .

Ich habe zum Beispiel keine Angst vor den 200 g Wismut, die ich in meiner linken Hand halte.

Genau genommen nein.

Der Wasserstoffkern enthält nur ein Proton, es gibt dort nichts zu zerfallen, außer dem Proton selbst, und wir wissen nicht, ob Protonen überhaupt zerfallen.

Selbst wenn wir wüssten, dass jedes andere Isotop eines beliebigen Elements zerfallen könnte, würde es nichts daran ändern zu wissen, ob alle Isotope zerfallen können.