¿Cómo se mantienen unidos los neutrones y los protones?

Esta pregunta fue respondida por primera vez con éxito por Hideki Yukawa en 1935, quien propuso que existe una fuerza nuclear entre los protones (y los neutrones) que es mucho más poderosa que el electromagnetismo, pero tiene un alcance extremadamente corto. En la propuesta de Yukawa, el corto alcance estaba íntimamente relacionado con el hecho de que se suponía que el “mesón”, la partícula que mediaba la fuerza, era bastante pesada (en contraste, los fotones, que median la fuerza electromagnética, no tienen masa). Los mesones de Yukawa, llamados piones, fueron confirmados experimentalmente en 1947, y recibió el premio Nobel de física en 1949. Poco después, quedó claro que ni los piones, ni los protones y los neutrones eran partículas verdaderamente “elementales”, como un zoológico en constante crecimiento. Se descubrieron partículas elementales en aceleradores de partículas. Eventualmente, esto fue explicado por el modelo de quark, en el cual las partículas con carga eléctrica fraccional y un llamado “color” (no realmente color, simplemente lo llaman porque tiene tres valores posibles, como la visión humana y los tres colores primarios). se mantienen unidos por lo que ahora se llama la fuerza fuerte, actuando sobre la carga de “color”. Los protones, los neutrones y los mesones de Yukawa están formados por diferentes combinaciones de quarks. La fuerza nuclear de Yukawa, sin embargo, sigue siendo una descripción fenomenológica válida de la fuerza que une a los nucleones dentro de un átomo.

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 (fuerte, débil, electromagnética y 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 parte de un 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.

¡Hola!
Gracias por el A2A.
Bimal Chandra Sinha ya ha respondido la pregunta en detalle.

Para resumir,
> Los protones se repelen electrostáticamente.
> La fuerza nuclear fuerte residual mantiene unidos a los nucleones (Residual porque los neutrones no tienen carga *). En las ‘distancias’ en la escala de nucleones, la fuerza nuclear fuerte residual es mucho más fuerte que la fuerza potencial de Coulomb.
> La fuerza SN es de corto alcance (pocos Fermi, creo). Esta es también la razón del límite en el tamaño del nucleón estable, es decir, por qué no puede tener nucleones mayores que un cierto número de n + p.

* Los gluones llevan la fuerza SN entre las partículas cargadas de color (los Quarks son partículas cargadas de color). Un barión (como un protón o un neutrón) consiste en Quarks. Estos Quarks siguen intercambiando Gluones y a estas ‘distancias’ (rango de Fermi), también es posible intercambiar Gluones con otros Baryons (aunque no tan fácilmente como dentro del Baryon).
Los gluones son portadores de fuerza SN de la misma manera que los fotones son portadores de fuerza EM.

Sabemos que hay cuatro fuerzas fundamentales dentro del universo, con los bosones correspondientes como fluctuaciones en el “campo” al que dan lugar estas fuerzas. Estas cuatro fuerzas que he discutido son: electromagnética, gravitacional, nuclear fuerte y nuclear débil. Los bosones correspondientes a estas fuerzas son: el fotón, el gravitón, el gluón y los bosones W y Z, respectivamente. Uno de estos bosones correspondientes a las cuatro fuerzas sigue siendo hipotético (Graviton).

En este contexto, estamos interesados ​​en la Fuerza Nuclear Fuerte y el Gluón . Esta fuerza y ​​este nacido respectivamente son responsables de unir los quarks en partículas de hadron (bariones, mesones, pentaquark). Debido a que esta fuerza, que en cierto sentido es “transportada” por este bosón, el gluón, es lo que mantiene unidos a estos quarks, y dado que los protones y los neutrones están formados por quarks, los quarks que componen cada uno de ellos interactúan con la energía nuclear fuerte. fuerza, y estas partículas subatómicas más grandes se unen en el núcleo de un átomo.

El núcleo de un átomo se mantiene unido por la fuerza nuclear fuerte que une protones y neutrones. Aunque la fuerza nuclear fuerte es la más fuerte de las cuatro fuerzas fundamentales, actúa solo en distancias muy cortas, típicamente nucleares. Se une a los protones y neutrones en el núcleo. También mantiene unidos a los quarks que forman esos protones y neutrones y los otros hadrones.

El neutrón es como un amigo del protón, mientras que un protón es un enemigo y un amigo para el protón.
Cuando digo amigo, significa que ayuda a atraer.
Su funcionamiento es que los protones y los neutrones tienen 3 entidades conocidas como quarks dentro de ellos. Los quarks también tienen algunas partículas sin masa llamadas gluones y estos gluones pueden ser absorbidos por los quarks, por lo tanto, cambiando su color (una propiedad, hay 3 estados de color, los quarks pueden estar en rojo, verde y azul) y en el proceso, estos quarks intercambiar otra partícula llamada piones ‘entre ellos. (Hay un mecanismo separado para eso, solo te estoy dando la esencia) y debido a que estos piones se intercambian, se mantienen unidos. Entonces, la atracción se debe al intercambio de piones

Una perspectiva diferente proviene de MC Physics en http://www.MCPhysics.org . Los neutrones y los protones se mantienen unidos solo por la fuerza de carga electrostática, modificada solo por la distancia. Según esa teoría, los neutrones y los protones están compuestos (en su mayoría) de quarks, que luego están formados por dos cargas opuestas cargadas pero muy fuertes. Las monocargas se unen para formar todas las partículas y la materia. Cuando los neutrones y los protones se unen a sus MC cargados constituyentes, se reorganizan de modo que los MC cargados opuestos de cada uno estén más juntos para una fuerza atractiva más fuerte y las cargas similares (con fuerzas de repelencia) están más alejadas entre sí para las fuerzas más débiles. Por lo tanto, los neutrones proporcionan una distancia adicional entre protones cargados positivamente adicionales en el núcleo. Esta relación de distancia 1 / r ^ 2 para la dilución de fuerza sigue a la de la superficie de una esfera en expansión.

Lo que mantiene unidos a los neutrones y protones es una fuerza llamada fuerza fuerte (su partícula se llama gluón porque “pega” las partículas juntas). La fuerza fuerte tiene un nombre y una descripción, pero no podemos decir por qué existe, por lo que se llama “fundamental”, por lo que está exenta de más explicaciones.

Se mantienen unidos a través de la fuerza nuclear fuerte. Esta fuerza es una fuerza de intercambio, por lo que se modela como el intercambio de piones (virtuales). Los piones en sí consisten en quarks, por lo que podría modelarlo como un intercambio de quarks, pero eso es más complejo con poca ganancia que mostrar.

También se le llama “fuerza fuerte”. ¿Por qué no revisaste en google? Mira esto:
Interacción fuerte

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