Por un segundo, suponga que sí, en un mundo diferente. Ahora, ¿qué hay de malo en ese escenario? Nada. Bueno, sabemos cómo funciona un átomo en cierta medida, incluidos los seis tipos de quarks y lo que constituye los protones y los neutrones (que no son partículas tangibles en sí mismas, sino que son nombres dados a una colección de partículas más fundamentales, los quarks )
Ahora, aún así, digamos que existe un universo donde lo que dices es verdad. Quizás el núcleo contendrá diferentes tipos de partículas en lugar de solo los 6 tipos de quarks, quizás 8 tipos de quizás solo 6, pero un muy diferente 6. ¿Por qué no es posible? ¿Porque no es así aquí? Bueno, quién sabe a dónde va la teoría de cuerdas.
Esta es una respuesta parcial que leí en otro lugar. Al menos dice por qué los neutrones y los protones se mantienen unidos. Quizás uno pueda entender por qué el escenario planteado en la pregunta no existe en nuestro universo. Lo pegaré aquí para algunos de nosotros, para quienes hacer clic en el enlace nos hace perder interés.
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¿Cómo se mantienen unidos los protones y los neutrones en un núcleo?
¿Cómo se mantienen unidos los protones y los neutrones en un núcleo?
Pregunta de: Sohaib
Responder
Los protones y los neutrones se mantienen unidos en el núcleo de un átomo por la fuerza fuerte. La fuerza fuerte recibe su nombre por ser la fuerza atractiva más fuerte. Es 137 veces más poderoso que el electromagnético, que por cierto no puede retener los neutrones a los protones porque los neutrones no están cargados. Es 100,000 veces más poderoso que la fuerza débil y 6,000 billones de billones de billones (6 seguidos por 39 ceros) veces más poderoso que la gravedad que por cierto casi no tiene efecto a escalas atómicas.
Según el modelo estándar de física de partículas, se predice que las fuerzas fundamentales (fuertes, débiles, electromagnéticas y de gravedad) se producen como resultado de un intercambio entre partículas a través de “partículas que transportan fuerza”. Además, los neutrones y protones están formados por partículas más pequeñas llamadas quarks. Y son los quarks que intercambian la fuerza que transporta partículas entre sí para dar lugar a la fuerza fuerte. La fuerza que transporta las partículas se llaman gluones.
Cabe mencionar que la fuerza fuerte solo opera a distancias EXTREMADAMENTE pequeñas. Estas distancias son del orden de una millonésima millonésima millonésima de metro (10 a la potencia de -15). Si piensas en un micrómetro (una centésima parte del tamaño de un cabello humano), es mil millones de veces más pequeño que eso.
La fuerza fuerte también atrae protones a protones o neutrones a neutrones. En el caso de protones a protones, la fuerza fuerte pierde fuerza después de la distancia mencionada anteriormente y sucumbe a la fuerza electromagnética que separa a los protones. En este caso, el portador de fuerza del electromagnetismo es el fotón (constituyente de la luz).
Entonces, en el núcleo hay un delicado equilibrio de la fuerza fuerte que atrae a los átomos entre sí y la fuerza electromagnética que empuja a los protones. Solo cuando están tan juntos, la fuerza fuerte y atractiva sobrepasa a la electrostática.
Respondido por: Paul Speziale, BS, Estudiante de posgrado de Ingeniería Física, McMaster U.
Los protones y los neutrones no son partículas fundamentales como lo son los electrones. Es decir, los protones y los neutrones están compuestos de entidades aún más fundamentales.
Para este caso, los protones y los neutrones pertenecen a un grupo de partículas llamadas hadrones, que consiste en partículas formadas por quarks. Los Quarks son partículas que pueden considerarse las más fundamentales, como los electrones.
La composición del protón es una combinación de 3 quarks: 2 quarks arriba y 1 abajo. Para el neutrón, la combinación es de 1 quarks hacia arriba y 2 hacia abajo. (“arriba”, “abajo” y otros tipos de quarks no son más que nombres fantasiosos para distinguir entre los 6 “sabores” diferentes de quarks sin significado literal de la palabra utilizada. De hecho, el término “sabor” – que es algo así como “escribir” en terminología de quark – también es bastante fantasioso. ¡No esperas que “up” sea un “sabor” en el lenguaje cotidiano de todos modos!)
Los Quarks interactúan a través de la fuerza de color (o fuerza), mediante el intercambio de los gluones portadores de fuerza de color. En resumen, los quarks se atraen entre sí y se mantienen unidos (en ciertas combinaciones permitidas) por la “fuerza de color” o “fuerza fuerte”.
¿Cómo, entonces, los protones y los neutrones se mantienen unidos? Esto puede describirse como una “fuga” o “residuo” de la fuerza de color entre los quarks del protón y los quarks del neutrón que une el protón y el neutrón.
Por lo tanto, esta fuerza de color residual se manifiesta como la fuerza nuclear fuerte que une a los “nucleones”, un término colectivo para protones y neutrones en el núcleo, juntos.
Este concepto podría entenderse mejor si entendemos que, por analogía, los átomos, siendo eléctricamente neutros, no deberían ser atraídos por otros átomos para formar moléculas. Sin embargo, debido a la composición del átomo (núcleo positivo y nube de electrones negativa externa), los átomos se unen y forman moléculas. De manera análoga, podemos entender la fuerza nuclear fuerte entendiendo primero la composición de los nucleones.
Hay otras formas de responder a esta pregunta, y una de ellas es el concepto de energía de enlace.
Una de las tendencias de la naturaleza es lograr la estabilidad. Y una forma de hacerlo es minimizando la energía de un sistema.
Cuando los protones y los neutrones se “combinan” para formar un núcleo, notamos que la masa del núcleo es menor que la suma de las masas de los nucleones constituyentes. Esto se conoce como el “defecto de masa”. ¿Cómo explicamos eso?
Masa y energía son equivalentes, y su relación está inmortalizada en esa famosa ecuación E = mc
2
. Esencialmente, significa que la masa y la energía son formas diferentes de las mismas cosas (al igual que la energía potencial y la energía cinética son pero diferentes tipos de la misma cosa llamada energía).
El defecto de masa es simplemente la cantidad de masa (o energía) que se libera cuando los protones y los neutrones se unen para formar un núcleo. Generalmente, cuanto mayor es la cantidad de defecto de masa por nucleón, más estable es el núcleo.
Por lo tanto, la unión de protones y neutrones en un núcleo también puede explicarse por el concepto de energía de unión y defecto de masa.
Todas estas explicaciones deben explicar que la fuerza de atracción es mayor que la repulsión entre protones cargados positivamente, sobre el rango del núcleo que es.
Respondido por: Ryan Leong, Pregrado, NUS, Singapur
Y, oh, amo la física. Wow, por favor lee esto
¿Qué mantiene unidos protones y neutrones en el núcleo atómico?
