Nucleó

Representació tradicional del núcleu atòmic com una agrupació compacta de dos tipos de nucleones: Protones (roig) i neutrons (blau). En esta image, els protones i neutrons es representen com a chicotetes esferes pegades a les atres, encara que actualment se sap que en un núcleu atòmic real, tal com és concebut en física nuclear, no presenta dita estructura. Un núcleu real, solament pot ser descrit usant la mecànica quàntica a on les partícules no són concebibles com a esferes rígides localisades. Aixina, en un núcleu atòmic, realment cada nucleón presenta una distribució de provabilitat dispersa.

En física nuclear, un nucleó és el nom colectiu que designa a les dos partícules subatòmiques que formen el núcleu atòmic: el protón i el neutró. Abdós estan compostes per cuarks de primera generació, els més llaugers del model estàndar. Els nucleones constituïxen els principals components del núcleu, junt en els piones, que actuen com a portadors de la interacció nuclear forta responsable de mantindre'ls units. Fins a la década de 1960, els nucleones es consideraven partícules elementals; no obstant, posteriorment es va propondre que estaven formats per cuarks, i l'evidència experimental de la seua estructura interna es va establir durant la década de 1970 gràcies a experiments de dispersió inelástica profunda. En l'actualitat se sap que els nucleones són bariones composts per tres cuarks enllaçats per mig de la força nuclear forta, mediada per gluones. La major part de la massa dels nucleones no prové de la massa dels cuarks en sí, sino de la energia del camp de gluones que els manté confinats. Existix un tipo interacció no-electromagnètica entre un nucleón i un leptón que comporta la transformació d'un neutró en un protón (o vicersa); és coneguda com a decaiguda dèbil o desintegració beta. Esta desintegració està associada a la força nuclear dèbil. Tant el protón com el neutró són part dels bariones i, per tant, es comporten com fermiones. La possibilitat dels nucleones de transformar-se l'un en l'atre està associada a que en la terminologia de la física de partícules, estes dos partícules posseïxen un isospín doblet 1/2. Açò explicaria per qué les seues masses són tan similars, en el neutró sent solament un 0,1% més pesat que el protón.

Es podria dir que els nucleones es troben en la llínea a on la física de partícules i la física nuclear s'entremesclen. La teoria quàntica de camps, en particular la cromodinámica quàntica, proveïx de les equacions fonamentals que expliquen les propietats dels cuarks i de la força nuclear forta. Estes equacions expliquen cuantitativamente cóm els cuarks s'unixen entre sí per a formar protones i neutrons (i tots els demés hadrones). No obstant, quan varis nucleones s'unixen per a formar un núcleu atòmic (nucleido), estes equacions fonamentals es tornen molt difícils de resoldre (vore retícul QCD). En lloc d'això, els nucleidos són estudiats per la física nuclear, que analisen els nucleones i les seues interaccions per mig de models i aproximacions, tals com el model de capes nuclear. Estos models poden explicar satisfactòriament propietats dels nucleidos, com per eixemple, quàn un cert nucleido sofrirà un decaiguda radiactiva.

Propietats

Els protones i neutrons són més coneguts per constituir el núcleu atòmic, pero també poden existir de manera aïllada, sense ser part de núcleus més grans, encara que existix una diferència important: els protones són estables o altament estables mentres que els neutrons aïllats es desintegren per mig de desintegració beta sent la seua vida mija de 15 minuts en estat aïllat. Dins del núcleu l'intercanvi de piones de càrrega negativa generalment estabilisa als neutrons. Un protón per sí solament correspon al núcleu de l'àtom d'hidrogen-1 (¹H). Un neutró per sí solament és inestable com s'ha dit (vore més avall), pero se li pot trobar en reaccions nuclears i també són usats en anàlisis científic (vore dispersió de neutrons). Tant el protón com el neutró estan constituïts per tres cuarks. El protón està conformat per dos cuarks dalt i un cuark avall, mentres que el neutró en un cuark dalt i dos cuarks avall. Els cuarks es mantenen units per mig de la força nuclear forta. També es diu que els cuarks es mantenen units per mig de gluones, mentres que els gluones són els mediadors de la força nuclear forta. El cuark dalt té una càrrega elèctrica +2/3 i, i el cuark avall té càrrega −1/3 i. Llavors les càrregues elèctriques totals del protón i del neutró són: +i i 0, respectivament. La paraula neutró ve del fet de ser eléctricamente «neutre». Les masses del protón i del neutró són molt similars: la del protón és 1.6726 o o 938.27 MeV/c², mentres que la del neutró és 1.6749 o o 939.57 MeV/c², lo que significa que el neutró és pràcticament un 0.1 % més pesat. La similitut de masses és explicada per la simetria aproximada del isospin. Tant protones com a neutrons tenen un moment angular intrínsec o espin d'1/2. Açò significa que són fermiones i no bosones, i per lo tant, com els electrons, estan subjectes al principi d'exclusió de Pauli. Açò és un fet important en la física nuclear: els protones i neutrons d'un núcleu atòmic no poden estar en un mateix estat quàntic, per lo que es distribuïxen en una série de capes nuclears anàlogues a les dels electrons en el model atòmic. Una atra raó per la que el spin dels protones i neutrons és importants és que de la seua suma es desprén el spin nuclear. Est és més conegut pel seu paper crucial en la tècnica de la resonància magnètica nuclear, utilisada en els anàlisis químics i biològics.

Història

El reconeiximent del núcleu atòmic es va deure a lo evidenciat pel experiment de Rutherford de 1919. Per eixa época es va entendre que el núcleu atòmic contenia les càrregues positives. Prèviament ya s'havien observat protones aïllats per Oracio Golden en 1886, encara que en eixa época no es coneixia el núcleu atòmic i per tant el mateix concepte de nucleón era inexistent. El coneiximent que es tenia de l'àtom d'hidrogen ionizado junt en l'experiment de Rutherford va dur a est a postular que el núcleu atòmic devia contindre els protones. El descobriment del neutró va ser més tardà i es va deure a James Chadwick en 1932.

Vore també

• Física
• Mecànica quàntica
• Àtom
• Electró