Wenn gleichsinnige Ladungen sich abstoßen und die Protonen im Atomkern positiv geladen sind, warum fliegen sie nicht weg?
Tatsächlich stoßen sich die Protonen im Kern durch die zwischen ihnen wirkende elektrische Wechselwirkung ab, diese "Coulombkraft" folgt einer
1/
r
2
Funktion, d.h. je näher sich zwei gleiche Ladungen annähern, desto stärker wird die Abstoßung zwischen ihnen. Im Atomkern wirkt außerdem die Starke Wechselwirkung – Wikipedia
, die die Quarks (Physik) – Wikipedia
in den Nukleonen (Protonen und Neutronen) zusammenhält und eine sehr kurze Reichweite hat, während die Coulombwechselwirkung unendliche Reichweite hat. Die starke Wechselwirkung wirkt aber etwas über den Radius eines Protons hinaus und wirkt als "Restwechselwirkung" als "Kleber" zwischen Nukleonen (Starke Wechselwirkung – Wikipedia
), der die Nukleonen zusammenhält. Der Vergleich ist zwar falsch, aber ich stelle mit die Wirkung der schwachen Kraft so ähnlich vor wie die Anziehung zwischen zwei Magneten, nur dass es bei der starken Kraft keine Abstoßung gibt. Der Magnetismus ist bei großen Entfernungen auch sehr schwach, wird aber bei Annäherung schnell groß und die Magnete “schnappen” sehr fest zusammen, wenn sie sich stark angenähert haben und lassen sich nur noch mit großer Kraft voneinander trennen.
Die beiden Kräfte (starke WW und Coulomb-WW) sind bei direktem Kontakt zwischen zwei Protonen fast gleich stark, aber die Coulomb-Kraft ist ein bisschen stärker als die starke WW, was bewirkt, dass ein System aus nur zwei Protonen nicht stabil ist und auseinander fliegt. Baut man ein Neutron in das System zweier Protonen ein, so erzeugt das Neutron einen Abstand zwischen den Protonen, der groß genug ist, dass die Stärke der Abstoßung durch die Coulomb-WW kleiner wird als die Anziehung durch die starke WW, die Protonen und Neutronen zusammenhält. Zum Beispiel gibt es kein "Helium 2" aus nur zwei Protonen, sondern nur He3 (2P + 1 Neutron), He4 (2P + 2N), etc. bis He10.
Ist das Gleichgewicht zwischen Protonen und Neutronen hin zu den Protonen verschoben, werden die Kerne instabil. Zuerst schlägt die Schwache Wechselwirkung – Wikipedia
zu und der Kern zerfällt über Betastrahlung – Wikipedia
. Irgendwann aber ist das Ungleichgewicht zwischen Protonen und Neutronen so groß, dass der Kern bei "Entnahme" eines Neutrons sofort über Protonemission zerfällt. Dieser Übergang von "stabil" (aber Beta-zerfallend) zu instabil bezeichnet man als Nuclear drip line - Wikipedia
(in Englisch), bzw. Proton-Drip line (von englisch "drip line" = "Abbruchkante", "Abtropfkante").