Nucleón para niños
En la física nuclear, un nucleón es el nombre que usamos para dos partículas muy importantes: el neutrón y el protón. Ambas son las piezas principales que forman el núcleo atómico, que es el centro de cada átomo.
Hasta hace unas décadas, se pensaba que los nucleones eran las partículas más pequeñas que existían. Sin embargo, los científicos descubrieron que en realidad están hechos de partes aún más diminutas llamadas cuarks. Cada nucleón está formado por tres cuarks que se mantienen unidos por una fuerza muy poderosa, la fuerza nuclear fuerte. Esta fuerza es transmitida por otras partículas llamadas gluones.
La masa de los nucleones, es decir, cuánto "pesan", viene tanto de la masa de los cuarks como de la energía de los gluones que los unen.
Contenido
¿Qué son los nucleones y por qué son importantes?
Los nucleones son fundamentales para entender cómo funciona la materia. Son como los ladrillos principales del núcleo de un átomo.
¿Cómo se transforman los nucleones?
Existe una interacción especial que permite que un neutrón se convierta en un protón, o viceversa. Este proceso se llama decaimiento débil o desintegración beta. Está relacionado con la fuerza nuclear débil.
Tanto los protones como los neutrones pertenecen a un grupo de partículas llamadas bariones. Se comportan como fermiones, lo que significa que siguen ciertas reglas sobre cómo se organizan en el espacio.
La capacidad de los nucleones para transformarse entre sí se debe a una propiedad llamada isospín. Esto también explica por qué sus masas son tan parecidas. El neutrón es solo un poquito más pesado que el protón, ¡apenas un 0.1% más!
¿Dónde encajan los nucleones en la física?
Los nucleones son un punto de encuentro entre dos ramas de la física: la física de partículas y la física nuclear. La física de partículas estudia las partículas más pequeñas y sus fuerzas. La física nuclear, por otro lado, se enfoca en cómo estas partículas se unen para formar los núcleos de los átomos.
Las ecuaciones que describen cómo los cuarks se unen para formar protones y neutrones son muy complejas. Por eso, cuando muchos nucleones se juntan para formar un núcleo atómico, los científicos usan modelos y aproximaciones. Estos modelos ayudan a entender, por ejemplo, cuándo un núcleo podría sufrir un decaimiento radiactivo.
Propiedades de los nucleones
Los protones y neutrones son conocidos por formar el núcleo atómico, pero también pueden existir solos.
¿Son estables los nucleones?
Hay una diferencia importante en su estabilidad:
- Los protones son muy estables. Un protón solo es el núcleo de un átomo de hidrógeno-1.
- Los neutrones aislados son inestables. Se desintegran en unos 15 minutos mediante desintegración beta. Sin embargo, dentro de un núcleo atómico, los neutrones suelen ser estables gracias a la interacción con otros nucleones.
Los neutrones también se usan en reacciones nucleares y en estudios científicos, como la dispersión de neutrones.
¿De qué están hechos los nucleones?
Como ya sabes, tanto el protón como el neutrón están formados por tres cuarks.
- El protón tiene dos cuarks arriba y un cuark abajo.
- El neutrón tiene un cuark arriba y dos cuarks abajo.
Los cuarks se mantienen unidos por la fuerza nuclear fuerte, que es transmitida por los gluones.
¿Qué carga eléctrica tienen?
Los cuarks tienen una carga eléctrica:
- El cuark arriba tiene una carga de +2/3 de la carga elemental.
- El cuark abajo tiene una carga de −1/3 de la carga elemental.
Así, la carga total del protón es +1 (dos cuarks arriba y uno abajo: 2/3 + 2/3 - 1/3 = 3/3 = 1). La carga total del neutrón es 0 (un cuark arriba y dos abajo: 2/3 - 1/3 - 1/3 = 0). Por eso se llama "neutrón", porque es eléctricamente neutro.
¿Cuánto pesan los nucleones?
Las masas del protón y del neutrón son muy parecidas:
- La masa del protón es de aproximadamente 1.6726 u.
- La masa del neutrón es de aproximadamente 1.6749 u.
Esto significa que el neutrón es solo un 0.1% más pesado que el protón. Esta similitud se explica por la simetría del isospín.
¿Qué es el espín de los nucleones?
Tanto los protones como los neutrones tienen una propiedad llamada espín de 1/2. El espín es como si la partícula estuviera girando sobre sí misma. Esto significa que son fermiones, y por lo tanto, siguen el principio de exclusión de Pauli.
Este principio es muy importante en la física nuclear. Significa que los protones y neutrones dentro de un núcleo atómico no pueden estar en el mismo estado cuántico. Por eso, se organizan en "capas nucleares", de forma parecida a cómo los electrones se organizan en capas alrededor del núcleo.
El espín de los nucleones también es crucial en una técnica llamada resonancia magnética nuclear, que se usa en química y biología para analizar materiales.
Historia de los nucleones
El descubrimiento del núcleo atómico fue un paso clave para entender los nucleones.
¿Cómo se descubrió el núcleo atómico?
El reconocimiento del núcleo atómico se logró gracias al experimento de Rutherford en 1919. Antes de eso, ya se sabía que el átomo tenía cargas positivas.
¿Quién descubrió el protón y el neutrón?
- Los protones fueron observados por primera vez por Oracio Golden en 1886. Sin embargo, en ese momento no se conocía el núcleo atómico, así que el concepto de nucleón no existía. El experimento de Rutherford llevó a postular que el núcleo atómico debía contener los protones.
- El neutrón fue descubierto más tarde, en 1932, por James Chadwick.
Véase también
