El Núcleo Radiactivo como Reloj

Si se tiene 1 gramo de molibdeno ⁹⁹Mo, justo ahora mismo, entonces se sabe que cuando pasen 66 horas, se tendrá medio gramo de ⁹⁹Mo y medio gramo de tecnecio ⁹⁹Tc. Esto se puede decir sin especificar las condiciones bajo las cuales se mantiene la muestra, ya que no se puede cambiar mediante calentamiento, iluminándola con luz, combinándola en una molécula, o cualquier otro tipo de interacción ambiental, menos un impacto directo nuclear por una partícula de alta velocidad.

El tiempo para que decaiga (desintegre) un núcleo dado, es impredecible y aleatorio, pero la tasa de decaimiento de una muestra no es aleatorio, sino que depende de detalles de la estructura nuclear, implicada en la constante de decaimiento. Una muestra considerable, tendrá una fracción significativa del número de Avogadro de núcleos, y las estadísticas de tal decaimiento, siguen un patrón preciso de decaimiento exponencial.

El rango de vidas medias de elementos pesados que emiten partículas alfa, abarca más de 20 órdenes de magnitud, desde alrededor de un décima de microsegundo hasta 10 millones de años. Pero todos siguen exactamente la misma forma de decaimiento, un decaimiento exponencial determinado por los parámetros de estructura nuclear.

Las series radiactivas naturales encontradas en la Tierra implican múltiples pasos, cada uno con sus característicos productos "padre" e "hijo". Debido a que la semi vida radiactiva de un radioisótopo dado no se ve afectada por la temperatura, estado físico o químico, o cualquier otra influencia del medio ambiente fuera del núcleo, salvo interacciones directas de partículas con el núcleo, entonces las muestras radioactivas, continuan decayendo a una velocidad predecible. Si se puede hacer determinaciones o estimaciones razonables de la composición original de una muestra radiactiva, entonces, las cantidades de radioisótopos presentes, pueden proporcionar una medición del tiempo transcurrido.

Uno de estos métodos se llama datación por carbono, que se limita a la datación de los materiales orgánicos (tuvieron vida). Para escalas de tiempo más largas y apropiadas para muestras geológicas, el método del rubidio-estroncio es un ejemplo de reloj nuclear.

Los radioisótopos de vida más larga en los minerales, proporcionan evidencia de grandes escalas de tiempo en los procesos geológicos. Aunque las composiciones originales no se pueden determinar con certeza, las diversas combinaciones de mediciones, proporcionan valores auto-consistentes para los tiempos de las formaciones de ciertos depósitos geológicos. Estos métodos de relojes en las rocas, proporcionan datos para modelar la formación de la Tierra y el sistema solar.