jueves, 18 de junio de 2009

Masa de las partículas de átomo estables.
De acuerdo con Wikipedia, la masa del protón es 1836 veces la del electrón y la del neutrón es de 1838 la del electrón. La masa del electrón según Wikipedia es 9,10 x 10-31 kg
Para facilitar las comparaciones se toma como unidad de masa atómica (uma) a la masa del protón.
El radio del átomo no está claro y seguramente diferirá bastante entre los distintos átomos. Para el átomo de hidrógeno se calcula que es del orden de 10-10 m. Asimismo el volumen de un protón es del orden de 10-15 m, lo que hace que el volumen del átomo sea unas cien mil veces mayor que el del protón para el caso del hidrógeno.
Si pensamos que la masa del electrón es consecuencia de haberse alcanzado el límite físico de elasticidad transversal de la estructura reticular de la materia o globina, nos podemos hacer una vaga pero intuitiva idea del tamaño de las partículas atómicas estables, protones y neutrones, en relación al tamaño de los filamentos de la globina.
Desde otro punto de vista, la masa del protón y del neutrón está formada por la masa de los tres quarks que los componen más la masa de los bucles o rizos de la globina; ahora bien, podría ser que los estos bucles o rizos sean de doble o triple torsión de la globina.
Sea como sea, la energía almacenada en los protones y neutrones es muy elevada y mucho mayor que dos mil veces la de un electrón. Evidentemente la fórmula de la Teoría de la Relatividad de Einstein de E = mc2 no deja de ser un eufemismo matemático, puesto que la Física Moderna no sólo no sabe lo que es la masa de las partículas atómicas sino que ni siquiera tiene una propuesta al efecto.
Vida media de protones y neutrones.
De acuerdo con Wikipedia la vida media de un neutrón fuera del núcleo atómico es de 15 minutos aproximadamente.
Respecto a la vida media de un protón no existe una cantidad concreta, pero es muy alta, millones de millones de años o más.
Sin olvidar que la vida media del protón y del neutrón se refiere a las condiciones concretas que se dan en la Tierra, hay que reconocer que tiene que haber alguna causa física para la gran estabilidad del protón y el neutrón, ya que el neutrón tampoco se desintegra sino que se transforma en protón.
La estabilidad de las partículas del átomo significa que se necesita una gran energía para su descomposición o que su tendencia elástica a revertir a su estado inicial tiene una gran barrera energética.
Tamaño máximo de las partículas atómicas: neutrones y protones.
El tamaño similar de los elementos del núcleo atómico, neutrones y protones, nos da una pista de que pudiera ser un tamaño muy cercano al tamaño máximo de las partículas atómicas estables.
Asimismo, como las partículas elementales más pequeñas son todas muy inestables parece que existe una relación entre un tamaño mínimo y la estabilidad de las partículas atómicas. En otras palabras, el tamaño mínimo de las partículas estables del átomo es muy parecido al tamaño máximo de las mismas. Parece que el tamaño es muy importante en el juego de fuerzas nucleares del mundo atómico.


martes, 9 de junio de 2009

PARTICULAS DEL ATOMO

Partículas Elementales
Podemos definir las partículas elementales como aquellas cuya estructura interna no podía ser descrita (en el estado actual del conocimiento) como una simple combinación de otras partículas.
Al introducir el estado de conocimiento que se tiene del mundo subatómico en la definición de las partículas elementales, hemos de tener en cuenta que éstas, al variar lo que sabemos del mundo atómico, cambian. Podemos, de hecho, distinguir (muy arbitrariamente) cuatro etapas en la historia de las partículas elementales.
En la primera de ellas, que terminó en 1932, seis partículas elementales fueron descubiertas, que son: el fotón, el electrón, el protón, el neutrón, el positrón y el neutrino (aunque el descubrimiento de éste último era sólo teóricamente).
La segunda etapa en la Física de las Partículas Elementales comenzó en 1935 cuando quedó claro que las partículas existentes no eran suficientes para explicar la naturaleza de las fuerzas nucleares, en concreto cómo coexistían los protones en el núcleo si debido a la carga eléctrica positiva que poseían debían repelerse (lo cual se explica introduciendo una nueva fuerza, la fuerza nuclear fuerte) y fenómenos derivados de la desintegración de núcleos, es decir la radiactividad natural y artificial (para ello se introdujo otra nueva fuerza llamada fuerza nuclear débil). La idea cuántica de una fuerza es suponer que, igual que dos esquiadores que se lanzan pelotas de nieve uno a otro se repelen, si decimos que entre dos partículas existe una fuerza, significa que existe un intercambio de partículas. Este razonamiento une la física de las Partículas con las fuerzas, interacciones o campos elementales. Además, durante este periodo se descubrieron nuevas partículas como son: los muones (1938) y los mesones (en 1947 los mesones cargados y en 1950 el mesón neutro).
La tercera fase comprende un vasto espacio de tiempo (1949-1964), a lo largo del cual extrañas partículas inestables fueron descubiertas, la existencia del neutrino electrónico y el neutrino muónico fueron confirmada experimentalmente. Muchas de estas partículas no existen en nuestro mundo observable ya que son muy inestables y tienen una vida media muy corta transmutándose en otras partículas pasado un tiempo, por eso se han encontrado únicamente en colisiones realizadas artificialmente (por ejemplo bombardeando núcleos con haces de neutrones que se les ha comunicado una gran velocidad con un acelerador) o también explorando la radiación cósmica procedente del espacio exterior.
Antes de comentar la cuarta etapa en la investigación de las partículas elementales, vamos a realizar una ordenación de las partículas existentes en aquellos momentos.
Las partículas elementales se subdividen comúnmente en cuatro tipos. A uno de ellos pertenece una sola partícula: el fotón. El segundo tipo le forman los leptones, el tercero los mesones, y finalmente, el cuarto tipo, los bariones. Los mesones y los bariones se unen usualmente en un tipo de partículas de interacción fuerte denominadas hadrones.
A continuación daremos una breve descripción de los tipos de partículas enumerados.
Los fotones (partículas o cuantos responsables del campo electromagnético), participan en las interacciones electromagnéticas, pero no poseen interacciones nuclerares fuertes ni débiles.
Los leptones recibieron su nombre de la palabra griega leptos, que significa ligeros. A estos pertenecen las partículas que no poseen interacción fuerte: los muones, los electrones, los neutrinos electrónicos, y las correspondientes antipartículas para cada una de estas partículas. Todos los leptones tienen un espín igual a 1/2 y por consiguiente, son fermiones (partículas de espín semientero que no pueden encontrarse en el mismo estado con los mismos números cuánticos) y poseen interacción débil. Aquellos que tienen carga eléctrica (o sea, los muones y los electrones) poseen también interacción electromagnética.
Los mesones son partículas inestables de interacción fuerte que carecen de la llamada carga bariónica. A este grupo pertenece los mesones pi o piones, los mesones K o kaones y el mesón eta. A diferencia de los leptones, los mesones poseen no sólo interacción débil (y electromagnética, si están cargados), sino también fuerte, la que se manifiesta durante la interacción de éstos entre sí y también con los bariones para formar hadrones. El espín de todos los mesones es igual a cero, de manera que todos ellos son bosones, que contrariamente a los fermiones, pueden acumularse en un estado.
Los bariones agrupan a los nucleones (protón, neutrón) y unas partículas inestables, que poseen mayor masa que la de los nucleones, denominados hiperones. Todos los bariones poseen interacción fuerte y, por consiguiente interaccionan activamente con los núcleos atómicos. El espín de todos los bariones es igual a 1/2, de forma que los mismos son fermiones. Salvo el protón todos los bariones son inestables. Desintegrándose junto con otras partículas dan obligatoriamente un barión.
Finalmente, realizado el estudio de las partículas existentes, indiquemos que la cuarta etapa en la investigación de las partículas elementales comenzó incluso antes de la finalización de la tercera (1961) y continua hasta nuestros días.
Se han acumulado tantas partículas llamadas elementales que han surgido serias dudas sobre su elementalidad. Con relación a esto, surgió la hipótesis de que todas las partículas están compuestas por tres partículas fundamentales, portadora de unas cargas que, combinadas pudieran responder a las de las partículas existentes. El primer modelo de esta clase fue propuesto por el físico japonés S. Sakata, el que consideraba como partículas fundamentales el protón, el neutrón y el hiperón. Esta última es una nueva partícula que fue predicha considerando las simetrías que se daban al ordenar las partículas subatómicas existentes entonces en diagramas bidimensionales con dos propiedades (o números cuánticos) de estas, así se llegó a la conclusión de que entre los grupos de partículas conocidas como hadrones (es decir uniones de mesones y bariones) se daba la simetría del octeto o simetría SU(3). Sin embargo, el esquema de Sakata resultó inaplicable al campo de las interacciones fuertes.
En el año 1963 Gell-Mann e independientemente el físico suizo Zweig propusieron una hipótesis, según la cual todas las partículas elementales están constituidas por tres partículas denominadas quarks, llegaron a esta conclusión teniendo en cuenta que la más simple representación de la simetría del grupo SU(3) se consigue con un triplete. A éstos se les asignan números cuánticos fraccionarios, en particular una carga eléctrica igual a +2/3, -1/3, +1/3 respectivamente para cada uno de los tres quarks. Éstos se representan por las letras u (de la palabra inglesa up, que significa hacia arriba), d (down, que significa hacia abajo), y s (strange, extraño o sideways que significa lateral). Aparte de estos tres quarks, cada uno de ellos lleva asociado su antiquark correspondiente.

PARTICULAS DEL ATOMO

Partículas elementales del átomo

ELECTRÒN

Electrón, tipo de partícula elemental de carga negativa que forma parte de la familia de los leptones y que, junto con los protones y los neutrones, forma los átomos y las moléculas. Los electrones están presentes en todos los átomos y cuando son arrancados del átomo se llaman electrones libres.
Los electrones intervienen en una gran variedad de fenómenos físicos y químicos. Se dice que un objeto está cargado eléctricamente si sus átomos tienen un exceso de electrones (posee carga negativa) o un déficit de los mismos (posee carga positiva). El flujo de una corriente eléctrica en un conductor es causado por el movimiento de los electrones libres del conductor. La conducción del calor también se debe fundamentalmente a la actividad electrónica. El estudio de las descargas eléctricas a través de gases enrarecidos en los tubos de vacío fue el origen del descubrimiento del electrón. En los tubos de vacío, un cátodo calentado emite una corriente de electrones que puede emplearse para amplificar o rectificar una corriente eléctrica (véase Rectificación). Si esa corriente se enfoca para formar un haz bien definido, éste se denomina haz de rayos catódicos. Si se dirige el haz de rayos catódicos hacia un objetivo adecuado se producen rayos X; si se dirigen hacia la pantalla fluorescente de un tubo de televisión, se obtienen imágenes visibles. Las partículas beta que emiten algunas sustancias radiactivas son electrones.
Los electrones también intervienen en los procesos químicos. Una reacción química de oxidación es un proceso en el cual una sustancia pierde electrones, y una reacción de reducción es un proceso en el cual una sustancia gana electrones.
En 1906, el físico estadounidense Robert Andrews Millikan, mediante su experimento de “la gota de aceite”, determinó la carga del electrón: 1,602 × 10-19 culombios; su masa en reposo es 9,109 × 10-31 kg. La carga del electrón es la unidad básica de electricidad y se considera la carga elemental en el sentido de que todos los cuerpos cargados lo están con un múltiplo entero de dicha carga. El electrón y el protón poseen la misma carga, pero, convencionalmente, la carga del protón se considera positiva y la del electrón negativa.
Los electrones se consideran fermiones porque tienen espín semientero; el espín es la propiedad cuántica de las partículas subatómicas que indica su momento angular intrínseco. La partícula de antimateria correspondiente al electrón es el positrón.

PROTÒN
Protón, partícula nuclear con carga positiva igual en magnitud a la carga negativa del electrón; junto con el neutrón, está presente en todos los núcleos atómicos. Al protón y al neutrón se les denomina también nucleones. El núcleo del atómo de hidrógeno está formado por un único protón. La masa de un protón es de 1,6726 × 10-27 kg, aproximadamente 1.836 veces la del electrón. Por tanto, la masa de un átomo está concentrada casi exclusivamente en su núcleo. El protón tiene un momento angular intrínseco, o espín, y por tanto un momento magnético. Por otra parte, el protón cumple el principio de exclusión. El número atómico de un elemento indica el número de protones de su núcleo, y determina de qué elemento se trata. En física nuclear, el protón se emplea como proyectil en grandes aceleradores para bombardear núcleos con el fin de producir partículas fundamentales (véase Aceleradores de partículas). Como ion del hidrógeno, el protón desempeña un papel importante en la química (véase Ácidos y bases; Ionización).
El antiprotón, la antipartícula del protón, se conoce también como protón negativo. Se diferencia del protón en que su carga es negativa y en que no forma parte de los núcleos atómicos. El antiprotón es estable en el vacío y no se desintegra espontáneamente. Sin embargo, cuando un antiprotón colisiona con un protón, ambas partículas se transforman en mesones, cuya vida media es extremadamente breve (véase Radiactividad). Si bien la existencia de esta partícula elemental se postuló por primera vez en la década de 1930, el antiprotón no se identificó hasta 1955, en el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California.
Los protones son parte esencial de la materia ordinaria, y son estables a lo largo de periodos de miles de millones, incluso billones, de años. No obstante, interesa saber si los protones acaban desintegrándose, en una escala temporal de 1033 años o más. Este interés se deriva de los actuales intentos de lograr teorías de unificación que combinen las cuatro interacciones fundamentales de la materia en un único esquema (véase Teoría del campo unificado). Muchas de las teorías propuestas implican que el protón es, en último término, inestable, por lo que los grupos de investigación de numerosos aceleradores de partículas están llevando a cabo experimentos para detectar la desintegración de un protón. Hasta ahora no se han encontrado pruebas claras; los indicios observados pueden interpretarse de otras formas.
Neutrón


INTRODUCCIÓN
Neutrón, partícula sin carga que constituye una de las partículas fundamentales que componen la materia. La masa de un neutrón es de 1,675 × 10-27 kg, aproximadamente un 0,125% mayor que la del protón. La existencia del neutrón fue profetizada en 1920 por el físico británico Ernest Rutherford y por científicos australianos y estadounidenses, pero la verificación experimental de su existencia resultó difícil debido a que la carga eléctrica del neutrón es nula y la mayoría de los detectores de partículas sólo registran las partículas cargadas.
DESCUBRIMIENTO
El neutrón fue identificado por primera vez en 1932 por el físico británico James Chadwick, que interpretó correctamente los resultados de los experimentos realizados en aquella época por los físicos franceses Irène y Frédéric Joliot-Curie y otros científicos. Los Joliot-Curie habían producido un tipo de radiación anteriormente desconocida mediante la interacción de partículas alfa con núcleos de berilio. Cuando esta radiación se hacía pasar a través de una capa de parafina, las colisiones entre la radiación y los átomos de hidrógeno de la parafina producían protones fácilmente detectables. Chadwick se dio cuenta de que la radiación estaba formada por neutrones.
COMPORTAMIENTO
El neutrón es una partícula constituyente de todos los núcleos de número másico superior a 1, es decir, de todos los núcleos salvo el del hidrógeno ordinario (véase Átomo). Los neutrones libres -que no forman parte de un núcleo atómico- se producen en reacciones nucleares. Pueden ser expulsados de los núcleos atómicos con diferentes velocidades o energías, y son fácilmente frenados hasta alcanzar una energía muy baja a través de una serie de colisiones con núcleos ligeros como los del hidrógeno, el deuterio o el carbono. (En relación con el papel de los neutrones en la producción de energía atómica, véase Energía nuclear). Cuando es expulsado del núcleo, el neutrón es inestable, y se desintegra para dar lugar a un protón, un electrón y un neutrino. Al igual que el protón y el electrón, el neutrón posee momento angular intrínseco o espín (véase Mecánica). Los neutrones actúan como pequeños imanes individuales; esta propiedad permite la creación de haces de neutrones polarizados. El neutrón tiene un momento magnético negativo de -1,913141 magnetones nucleares, aproximadamente una milésima del valor del magnetón de Bohr. Su vida media es de aproximadamente 10 minutos. Véase Radiactividad.
La antipartícula del neutrón, conocida como antineutrón, tiene su misma masa, espín y tasa de desintegración beta. Estas partículas se producen en ocasiones en la colisión de antiprotones con protones, y poseen un momento magnético igual en magnitud y opuesto en signo al del neutrón. Según la teoría de partículas actual, el neutrón y el antineutrón —y otras partículas nucleares— están compuestas a su vez de quarks.
RADIOGRAFIA DE NEUTRONES
Una aplicación cada vez más importante de los neutrones generados en un reactor es la radiografía de neutrones, en la que se obtiene información determinando la absorción de un haz de neutrones emitido por un reactor nuclear o una fuente radioisotópica intensa. La técnica se parece a la radiografía de rayos X. Sin embargo, muchas sustancias que son opacas a los rayos X —como los metales— dejan pasar los neutrones, y otras que transmiten los rayos X (en particular, compuestos de hidrógeno) son opacas a los neutrones. Una radiografía de neutrones se genera exponiendo una lámina metálica delgada a un haz de neutrones que ha atravesado el objeto que se desea examinar. Los neutrones dejan sobre la lámina una ‘imagen’ radiactiva invisible del objeto. Para obtener una imagen visible se coloca una película fotográfica en contacto con la lámina. También se ha desarrollado una técnica para el visionado directo de la imagen en una pantalla.La radiografía de neutrones, que se empleó por primera vez en Europa en la década de 1930, se ha utilizado mucho a partir de 1950 para estudiar el combustible nuclear y otros componentes de los reactores. Más recientemente, se ha empleado para estudiar aparatos explosivos y componentes de vehículos espaciales. En la actualidad, el uso de haces de neutrones está generalizado en las ciencias físicas y biológicas, así como en las aplicaciones tecnológicas, y el análisis de activación de neutrones es una herramienta importante en campos tan diversos como la paleontología, la arqueología o la historia del arte.