Los neutrones son pequeñas partículas subatómicas que, junto con los protones, forman el núcleo de una maíz.
Mientras que el número de protones determina cualquier elemento maíz es que el número de neutrones en el núcleo puede variar, dando como resultado diferentes isótopos de un elemento. Por ejemplo, el hidrógeno normal tiene un protón y ningún neutrón, pero los isótopos de hidrógeno, el deuterio y el tritio, tienen uno y dos neutrones, respectivamente, además del protón.
Los neutrones son partículas compuestas formadas por tres partículas elementales más pequeñas llamadas neutrones. partículas subatómicasque fue reunida por La fuerza bruta. Específicamente, un neutrón tiene un quark «arriba» y dos «abajo». Las partículas formadas por tres quarks se denominan bariones y, por lo tanto, los bariones contribuyen a toda la materia bariónica «visible» en Universo.
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¿Quién descubrió los neutrones?
después, después ernesto rutherford (Con ayuda de ernesto marsden Y el hans geigerEl experimento de la hoja de oro) descubrió en 1911 que los átomos tienen un núcleo, nueve años más tarde descubrió que los núcleos atómicos están formados, al menos en parte, por protones, y el descubrimiento del neutrón en 1932 por james chadwick seguido normalmente.
La idea de que hay algo más en el núcleo de un átomo surgió del hecho de que el número de protones no coincide con el peso atómico del átomo. Por ejemplo, un átomo de oxígeno tiene 8 protones, pero su peso atómico es 16, lo que indica que contiene 8 partículas más. Sin embargo, estas partículas difusas deben ser eléctricamente neutras, porque los átomos generalmente no tienen una carga eléctrica general (la carga negativa de los electrones cancela la carga positiva de los protones).
En ese momento, muchos científicos estaban experimentando partículas alfa, que es otro nombre para un núcleo de helio, que bombardea un material hecho del elemento berilio con una corriente de partículas alfa. Cuando las partículas alfa chocaron con los átomos de berilio, produjeron partículas borrosas que parecían originarse dentro de los átomos de berilio. Chadwick llevó estos experimentos un paso más allá y vio que cuando las partículas difusas golpean un objetivo hecho de cera de parafina, liberan protones sueltos con alta energía. Para hacer esto, calculó Chadwick, la partícula misteriosa tendría que tener aproximadamente la misma masa que un protón. Chadwick declaró que esta partícula misteriosa era el neutrón y en 1935 ganó el Premio Nobel por su descubrimiento.
Neutrones: masa y carga
Los neutrones, como su nombre indica, son eléctricamente neutros, por lo que no tienen carga. Su masa es 1,008 veces la de un protón; en otras palabras, es aproximadamente un 0,1 % más pesado.
A los neutrones no les gusta existir solos fuera del núcleo. La fuerza fuerte que une la energía entre él y los protones en el núcleo lo mantiene estable, pero cuando sale por sí solo sufre decaimiento beta Después de unos 15 minutos, se convierte en un protón, un electrón y un antineutrino.
Albert Einstein, en su famosa ecuación E=mc2, dijo que la masa y la energía son equivalentes. Aunque las masas de un neutrón y un protón son ligeramente diferentes, esta pequeña diferencia significa que un neutrón tiene más masa y, por lo tanto, más energía que la masa de un protón y un electrón combinados. Por eso, cuando un neutrón decae, produce un protón y un electrón.
Isótopos y radiactividad
Un isótopo es una variación de un elemento que tiene un mayor número de neutrones. Por ejemplo, en la parte superior de este artículo, dimos un ejemplo de isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio, que tienen 1 y 2 neutrones adicionales, respectivamente. Algunos isótopos son estables como el deuterio. Otros son inestables e inevitablemente experimentan una descomposición radiactiva. El tritio es inestable: tiene una vida media de unos 12 años (la vida media es el tiempo que, en promedio, tarda en desintegrarse la mitad de una cantidad dada de un isótopo, como el tritio), pero otros isótopos se descomponen mucho más rápidamente. en cuestión de minutos, segundos o incluso partes del segundo.
Los neutrones también son herramientas esenciales en las reacciones nucleares, particularmente cuando se desencadena una reacción en cadena. Los neutrones absorbidos por los núcleos atómicos crean isótopos inestables que luego sufren Fisión nuclear (Se divide en dos núcleos hijos menores de otros elementos). Por ejemplo, cuando el uranio absorbe 235 neutrones adicionales, se vuelve inestable y se descompone, liberando energía en el proceso.
Los neutrones también son fundamentales en la creación de elementos pesados en estrellas masivas, a través de un mecanismo conocido como proceso r, donde «r» significa «rápido». Este proceso se detalló por primera vez en el famoso artículo B2FH ganador del Premio Nobel antes Margarita Y el Jeffrey BurbidgeY el William Fowler Y el Fred Howell que describió los orígenes de los elementos a través de la nucleosíntesis estelar, la formación de elementos por las estrellas.
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estrellas Como el sol Los elementos se pueden producir a partir de oxígeno, nitrógeno y carbono a través de Fusión nuclear Interacciones. más estrellas enormes Puede continuar y crear caparazones de elementos cada vez más pesados hasta el Hierro 56 en el núcleo de la estrella. En este punto, las reacciones requieren que se les ponga más energía para fusionar elementos más pesados que el hierro que los que ya se producen a partir de esas reacciones, por lo que estas reacciones se detienen, la producción de energía se detiene y el núcleo de la estrella colapsa, lo que lleva a supernova. En una explosión de supernova extremadamente violenta, las condiciones pueden volverse lo suficientemente severas como para liberar muchos neutrones libres en un corto período de tiempo.
En una explosión de supernova, los núcleos atómicos pueden barrer todos estos neutrones libres antes de que se desintegren (por eso se les llama rápidos), induciendo la nucleosíntesis. Una vez que los núcleos están llenos de neutrones, se vuelven inestables y sufren una desintegración beta, convirtiendo ese exceso de neutrones en protones. Agregar estos protones cambia el tipo de elemento que representa el núcleo, por lo tanto, es un método Crear nuevos elementos pesados Como el oro, el platino y otros metales preciosos. ¡El oro de sus joyas se hizo hace miles de millones de años por la rápida captura de neutrones en una supernova!
estrellas de neutrones
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Como hemos visto, los neutrones pueden sobrevivir fuera de los núcleos atómicos solo en las condiciones más extremas, y hay muy pocos lugares en el universo más extremos que estrellas de neutrones. Como sugiere su nombre, estos son objetos hechos casi en su totalidad de neutrones.
Las estrellas de neutrones son lo que queda del núcleo de una estrella después de que su núcleo colapsó y explotó como una supernova. Es posible que la explosión se haya llevado las capas exteriores de la estrella, pero el núcleo que se encoge todavía está intacto.
Sin reacciones nucleares para generar energía para contrarrestar la gravedad, la masa del núcleo es tan grande que sufre un colapso gravitatorio catastrófico en el que la presión gravitatoria es lo suficientemente grande como para que los protones y electrones puedan vencer la fuerza electrostática entre ellos y chocar entre sí, fusionándose para formar neutrones en un tipo de desintegración beta inversa. . Casi todos los átomos en el núcleo se convierten en neutrones, por lo que llamamos al resultado una estrella de neutrones. Es pequeño, de solo 6 a 12 millas (10 a 20 km) de ancho, pero se agrupa en toda la masa del núcleo de una estrella muerta.
La estrella de neutrones más masiva jamás encontrada tiene masa 2,35 veces Más grande que nuestro Sol, todo abarrotado en un pequeño volumen. Si pudieras tomar una cucharada de material de la superficie de una estrella de neutrones, ¡esa cuchara pesaría tanto como una montaña en la Tierra!
Las fusiones de estrellas de neutrones binarias, que pueden detectarse como kilonovas ya través de sus ondas gravitacionales, también son sitios de nucleosíntesis en el prolífico proceso r. los kilonova De dos estrellas binarias fusionadas, se lanzó un estallido de ondas gravitacionales. 170.817 GW El proceso r produjo 16 000 veces la masa de la Tierra en forma de elementos pesados, incluido el equivalente a diez masas terrestres. oro y platinoque es extraordinario!
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Fuentes adicionales
Aprenda más sobre los neutrones con Departamento de Energía de EE. UU. (Se abre en una nueva pestaña). Descubra cómo se utilizan los neutrones en los experimentos que estudian la materia condensada Consejo de Instalaciones de Tecnología Científica del Reino Unido (Se abre en una nueva pestaña). Leer el El famoso papel B2FH (Se abre en una nueva pestaña) Sobre la formación de elementos en el interior de las estrellas con la ayuda de la captura de neutrones.
índice
Física de partículas, por Brian R Martin (2011, Publicaciones de un mundo) (Se abre en una nueva pestaña)
La Enciclopedia de las estrellas de Cambridge, de James R. calma (2006, Prensa de la Universidad de Cambridge) (Se abre en una nueva pestaña):
Diccionario asociado en línea de física de Collins (2007, Collins) (Se abre en una nueva pestaña)
Este mes en la historia de la física. Sitios web de la American Physical Society, APS News, volumen 16, número 5. Consultado el 1 de diciembre de 2022 desde https://www.aps.org/publications/apsnews/200705/physicshistory.cfm (Se abre en una nueva pestaña)
decaimiento de neutrones. ciencia directa. Accedido el 1 de diciembre de 2022, desde https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/neutron-decay (Se abre en una nueva pestaña)
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