¿Qué son las sondas físicas de la estructura del núcleo atómico?

Si “físico” significa un dispositivo o instrumento macroscópico, no existen tales sondas.

Si por “estructura” te refieres a una disposición espacial fija, no existe tal estructura conocida.

Sin embargo, desde aproximadamente 1909 (experimento de dispersión de Rutherford), los científicos han estado dirigiendo corrientes de partículas incidentes (electrones, neutrones, protones, deuterones, alfas) a los átomos, y observando los resultados.

  • Se capturan algunas partículas incidentes, con la liberación de fotones.
  • Algunas partículas incidentes se dispersan, elásticamente o inelásticamente (liberando fotones)
  • Algunas partículas incidentes son capturadas, pero luego causan el deterioro fisible del núcleo.

En cada caso, las energías / ángulos / espines resultantes observados (de núcleos hijos, fotones, neutrones o partículas incidentes dispersas) proporcionan pistas consistentes sobre las relaciones de campo entre los protones y neutrones del núcleo objetivo.

Estos resultados se han utilizado para construir numerosos modelos matemáticos que describen varios estados energéticos en el núcleo (modelos de potencial nuclear).

Sin embargo, aparte de varias analogías “físicas” (modelo de carcasa, modelo óptico, modelo de gota líquida), no se ha observado ni inferido ninguna “estructura”.

Depende de la estructura específica que estés viendo. Si le importa la estructura de los protones y neutrones individuales, la dispersión de un electrón de mayor energía fuera del núcleo puede brindarle esa información, ya que a energías suficientemente altas interactuará con los quarks individuales de los protones o neutrones, con una firma que puede inferirse del electrón después de que abandona el núcleo.

Si, en cambio, solo te importa cómo encajan los protones y los neutrones, tienes un par de opciones. Una es observar las desintegraciones nucleares, ya que cuando el núcleo se desintegra la configuración de protones y neutrones cambia, y medir los productos de desintegración puede dar una idea de cómo cambió la estructura. La otra opción es usar reacciones nucleares, donde se agrega una pequeña partícula (generalmente un protón o neutrón) a un núcleo mientras se emite y observa otra partícula (ya sea otro protón o neutrón, o un rayo gamma). Nuevamente, agregar o intercambiar una partícula de esta manera cambia la configuración de los protones y neutrones en el núcleo, por lo que medir los productos dará una idea de cómo cambió la estructura.

¡No es mi campo, pero sugeriría que pudieras meter un dedo muy delgado entre los electrones! Por otro lado, (consiga eso) examinando las interacciones entre el átomo bajo examen y otras partículas subatómicas. ¡Se puede indicar masa, carga, giro, etc.!

El primer intento fue por Rutherford. Es famoso como neozelandés, mi compatriota, aunque como otro famoso kiwi, Sir Ed Hilary (escalando el Everest) fue una empresa británica. Rutherford dirigió el laboratorio en Cambridge. Disparó partículas alfa a los átomos y observó cómo se comportaban. Esa sigue siendo la idea básica, golpearla con algo y estudiar los patrones de dispersión.

Las sondas físicas de la estructura del núcleo son partículas cargadas, disparadas a varias velocidades.

La forma en que se dispersan del núcleo nos dice cómo está estructurado el núcleo.

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