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Jun

11

Los átomos, el núcleo atómico

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

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Es tan pequeño que ni lo podemos ver con el ojo desnudo, nos valemos de los microscopios electrónicos para poder saber de ellos, y, sin embargo, si me dieran a escoger la mayor maravilla del Universo, tendría mis dudas entre los átomos y el cerebro. Pero creo que, al final,  sin dudarlo, escogería ésta ¡Los átomos!

El número de protones en el núcleo define a qué elemento químico pertenece el átomo: por ejemplo, todos los átomos de cobre contienen 29 protones. El número de neutrones define el isótopo del elemento. El número de electrones influye en las propiedades magnéticas de un átomo.

There is much to admire in this 3D performance

Mucho ha tenido que evolucionar la Mente humana para llegar a saber sobre la entidad de la materia

Mucho ha tenido que trasminar la Mente Humana para llegar al fondo de los componentes de la materia que, como todos sabemos ahora, están conformadas de moléculas hechas de átomos que, a su vez, están hechos de partículas subatómicas unas más elementales que otras que, dentro del núcleo y fuera de él, hacen el conjunto que denominamos átomos.

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Los átomos han sido representados de diferentes maneras pero, lo cierto es que en su conjunto está conformado por un núcleo muy complejo que, rodeado de electrones hacen de éste objeto infinitesimal uno de los más valiosos del Universo, toda vez que, todo lo que conocemos desde las estrellas, los mundos, las galaxias, o los seres vivos, todo sin excepción, está hecho de átomos.

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El núcleo atómico está cargado positivamente al tener allí situados a los protones. Los neutrones no tienen carga y éstas dos partículas de la familia de los Hadrones en su rama bariónica, cuando están dentro del núcleo se suelen llamar nucleones. Lo curioso del caso es que, dentro de ellos, partículas más pequeñas de la familia Quarks, se han juntado en tripletes para conformarlos, es decir, un protón está conformado por dos quarks up y un quark down, mientras que un neutrón, está hecho por dos qurks down y un quarks up.

Pero, además, dentro de tan pequeño habitáculo ocurren sucesos extraordinarios, ya que, para mantener confinados a los Quarks, tiene que actuar lo que conocemos como fuerza nuclear fuerte que es transmitida por ocho bosones llamados Gluones.

 Hay quien habla de la existencia de materia extraña de Quarks y Gluones

Así que, los Quarks dentro de los protones y los neutrones están confinados, no pueden separarse y son sujetados por 8 partículas de la familia de los Bosones que se llaman Gluones que, son los intermediarios de la fuerza nuclear fuerte, la más potente de todas las fuerzas fundamentales de la Naturaleza. Esa fuerza, funciona al contrario que las otras tres, es decir, aumenta con la distancia. Se comporta como un muelle de acero que, cuanto más lo estiramos más resistencia opone.

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Representación aproximada del átomo de Helio. en el núcleo los protones están representados en rojo y los neutrones en azul. En la realidad el núcleo también es simétricamente esférico. El núcleo atómicoes la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentra más del 99,9% de la masa total del átomo.

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La existencia del núcleo atómico fue deducida del experimento de Rutherford, donde se bombardeó una lámina fina de oro con partículas alfa, que son núcleos atómicos de helio emitidos por rocas radiactivas. La mayoría de esas partículas traspasaban la lámina, pero algunas rebotaban, lo cual demostró la existencia de un minúsculo núcleo atómico.

El Experimento de Rutherford. En 1911 se realizó en Manchester una experiencia encaminada a corroborar el modelo atómico de Thomson. Fué llevada a cabo por Geiger, Marsden y Rutherford, y consistía en bombardear con partículas alfa (núcleos del gas helio) una fina lámina de metal.

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Una imagen precisa del núcleo del carbono-14 debe tener en cuenta tanto las interacciones entre parejas de protones y neutrones (fuerza a dos cuerpos, izquierda), como las interacciones entre tres nucleones (fuerzas a tres cuerpos, derecha).

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Lo cierto es que, estos “personajillos” tienen una imnesa importancia en todo lo que se cuece en el Universo, ya que, sin ellos, no existirían las estrellas ni los mundos, ni las galaxias, ni las Nebulosas, ni ninguno de los objetos que captan nuestros telescopios en el inconmensurable Cosmos. ¡Ah! Tampoco nosotros podríamos existir si en estos personajes se dieran algunos cambios. Imaginaros que la masa del protón decrece en una diezmillonésima parte, o, que lo mismo le pudiera pasar a la carga del electrón… ¡Nosotros no existiríamos!

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Interacciones eléctricas entre protones y electrones

Antes del experimento de Rutherford la comunidad científica aceptaba el modelo atómico de Thomson, situación que varió después de la experiencia de Rutherford. Los modelos posteriores se basan en una estructura de los átomos con una masa central cargada positívamente rodeada de una nube de carga negativa.
Este tipo de estructura del átomo llevó a Rutherford a proponer su modelo en que los electrones se moverían alrededor del núcleo en órbitas. Este modelo tiene una dificultad proveniente del hecho de que una partícula cargada acelerada, como sería necesario para mantenerse en órbita, radiaría radiación electromagnética, perdiendo energía.

Para aclarar el panorama y la confusión que sobre el átomo y el núcleo atómico existía, tuvo que llegar el gran físico Murray Gell-Mann, que fue quien por primera vez habló de los Quarks. Se le otorgó el Premio Nobel de Física en 1969 por sus descubrimientos sobre partículas elementales. La teoría de Gell-Mann aportó orden al caos que surgió al descubrirse cerca de 100 partículas en el interior del núcleo atómico. Esas partículas, además de los protones y neutrones, estaban formadas por otras partículas elementales llamadas Quarks. Los quarks se mantienen unidos gracias al intercambio de Gluones. Junto con otros investigadores construyó la teoría cuántica de quarks y gluones, llamada Cromodinámica cuántica.

Sí, ¡Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas!

Todo lo que podamos observar en el Universo y que esté hecho de materia, está hecho de átomos, es decir, de Quarks y Leptones. Es curioso como la gente corriente no especializada, ven los objetos y en ellos contemplan una barra de pan, un automóvil, un traje o unos zapatos, y, si miran al cielo estrellado, ven como brillan los objetos y cuerpos celestes. Sin embargo, ninguno se para a pensar que, todo eso, es gracias a los átomos, es decir, a los Quarks que forman protones y neutrones, a los electrones que rodean el núcleo, a los Gluones que participan activamente en la transmisión de la fuerza nuclear fuerte… ¡Que maravillas!
emilio silvera
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Esta entrada fue publicada el martes, 11 de junio de 2019 a las 6:01 y está clasificada bajo: Física. Puede hacer un seguimiento de los comentarios de esta entrada gracias al feed RSS 2.0. Puede dejar un comentario, o enviar un trackback desde su sitio.
 


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