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Los neutrones son pequeñas partículas subatómicas que junto con los protones forman el núcleo. átomo.
Mientras que el número de protones define qué elemento es un átomo es decir, el número de neutrones en el núcleo puede ser diferente, dando como resultado diferentes isótopos del elemento. Por ejemplo, el hidrógeno ordinario contiene un protón y ningún neutrón, pero los isótopos de hidrógeno, deuterio y tritio, tienen uno y dos neutrones además del protón, respectivamente.
Los neutrones son partículas compuestas formadas por tres partículas elementales más pequeñas llamadas quarksmantienen unidos Gran poder. Específicamente, un neutrón contiene 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 «visible» bariónica. espacio.
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¿Quién descubrió los neutrones?
después ernesto rutherford (con la ayuda de ernesto marsden y: hans geigerexperimento de la hoja de oro) en 1911 descubrió que los átomos tienen un núcleo, y nueve años más tarde se descubrió que los núcleos atómicos son creados al menos parcialmente por protones, el descubrimiento del neutrón en 1932 james chadwick seguida naturalmente.
La idea de que debe haber algo más en el núcleo de un átomo proviene del hecho de que el número de protones no corresponde al peso atómico de un átomo. Por ejemplo, un átomo de oxígeno contiene 8 protones, pero tiene una masa atómica de 16, lo que implica que contiene otras 8 partículas. Sin embargo, estas misteriosas partículas deben ser eléctricamente neutras porque los átomos generalmente no tienen carga eléctrica general (la carga negativa de los electrones cancela la carga positiva de los protones).
En ese momento, varios científicos estaban experimentando partículas alfa, que es otro nombre para los núcleos de helio, bombardea el material hecho del elemento berilio con una corriente de partículas alfa. Cuando las partículas alfa impactaron en los átomos de berilio, crearon partículas misteriosas que parecían originarse a partir de los átomos de berilio. Chadwick llevó estos experimentos un paso más allá y vio que cuando las misteriosas partículas golpean un objetivo hecho de cera de parafina, eliminan protones con alta energía. Para hacer esto, razonó Chadwick, las misteriosas partículas deben tener más o menos la misma masa que un protón. Chadwick anunció esta misteriosa partícula como el neutrón, y en 1935 recibió el Premio Nobel por su descubrimiento.
neutrones. masa y carga
Como sugiere su nombre, los neutrones son eléctricamente neutros, por lo que no tienen carga. Su masa es 1,008 veces la de un protón, es decir, es un 0,1% más pesado.
A los neutrones no les gusta existir solos fuera del núcleo. La energía de unión de la Fuerza Fuerte entre ellos y los protones en el núcleo los mantiene estables, pero cuando se liberan por sí solos, sufren decaimiento beta convirtiéndose en un protón, un electrón y un antineutrino después de unos 15 minutos.
Albert Einstein, afirmó en su famosa ecuación E = mc2 que la masa y la energía son equivalentes. Aunque la masa de un neutrón y un protón son ligeramente diferentes, esta pequeña diferencia significa que el neutrón tiene más masa y, por lo tanto, más energía que el protón y el electrón combinados. Por eso, cuando un neutrón decae, produce un protón y un electrón.
Isótopos y radiactividad
Un isótopo es una variante de un elemento con más neutrones. Por ejemplo, en la parte superior de este artículo, dimos el ejemplo de los 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 rápido, en cuestión de minutos, segundos , o incluso fracciones de segundo.
Los neutrones también son herramientas esenciales en las reacciones nucleares, particularmente cuando provocan una reacción en cadena. Los neutrones absorbidos por los núcleos atómicos crean isótopos inestables, que luego sufren Fisión nuclear (dividido en dos núcleos hijos menores de otros elementos). Por ejemplo, cuando el uranio-235 absorbe un neutrón extra, se vuelve inestable y se desintegra, liberando energía en el proceso.
Los neutrones también juegan un papel importante en la creación de elementos pesados en estrellas masivas a través de un mecanismo conocido como proceso r, donde la «r» significa «rápido». Este proceso se detalló por primera vez en el famoso artículo B2FH, ganador del Premio Nobel. Perla y: Geoffrey Burbidge, William Fowler y: fred hoyle que describía el origen de los elementos por nucleosíntesis estelar, la forja de elementos por las estrellas.
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Estrellas me gusta Sol puede producir los elementos oxígeno, nitrógeno y carbono fusión nuclear reacciones Más estrellas masivas puede continuar y crear caparazones de elementos más pesados hasta hierro-56 en el núcleo de la estrella. En este punto, las reacciones requieren más energía para fusionar elementos más pesados que el hierro de lo que realmente producen esas reacciones, por lo que esas reacciones se detienen, la producción de energía se detiene y el núcleo de la estrella se colapsa, causando supernova. Y en la explosión increíblemente violenta de una supernova, las condiciones pueden volverse lo suficientemente extremas como para liberar muchos neutrones libres en un corto período de tiempo.
En una explosión de supernova, los núcleos atómicos pueden eliminar todos estos neutrones libres antes de que se desintegren (por eso se describe como rápido), para impulsar la nucleosíntesis del proceso r. Cuando los núcleos se llenan de neutrones, se vuelven inestables y sufren una desintegración beta, convirtiendo esos neutrones adicionales en protones. La adición de estos protones cambia el tipo de elemento en el núcleo, por lo que es un medio creando elementos nuevos y pesados como oro, platino y otros metales preciosos. El oro de sus joyas se produjo hace miles de millones de años por la rápida captura de neutrones por una supernova.
estrellas de neutrones
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Como hemos visto, sólo en las condiciones más extremas pueden sobrevivir los neutrones fuera de los núcleos atómicos, y hay muy pocos lugares en el universo más extremos que estrellas de neutrones. Como su nombre indica, son objetos compuestos casi en su totalidad por neutrones.
Las estrellas de neutrones son lo que queda del núcleo de una estrella después de que ha sufrido un colapso del núcleo y ha explotado como una supernova. La explosión puede barrer las capas exteriores de la estrella, pero el núcleo en contracción permanece intacto.
Sin reacciones nucleares para generar energía para contrarrestar la gravedad, el núcleo es tan masivo que sufre un colapso gravitacional catastrófico, en el que la presión gravitatoria es tan grande que los protones y electrones superan la fuerza electrostática entre ellos y chocan. , fusionándose para producir neutrones en una especie de desintegración beta inversa. Casi todos los átomos del núcleo se convierten en neutrones, por lo que llamamos al resultado una estrella de neutrones. Son pequeños, de solo 6 a 12 millas (10 a 20 km) de ancho, pero se agrupan en toda la masa del núcleo de una estrella muerta.
La estrella de neutrones más masiva descubierta hasta ahora 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 cucharada pesaría tanto como una montaña en la Tierra.
Las fusiones de estrellas de neutrones binarias, detectadas como kilonovas y a través de sus ondas gravitacionales, también son sitios de abundante nucleosíntesis de procesos r. Eso kilonova de dos estrellas binarias fusionadas que liberaron un estallido de ondas gravitacionales GW 170817 producido como elementos pesados del proceso r 16,000 veces la masa de la Tierra, incluidas diez masas terrestres oro y platinoque es extraordinario!
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Recursos adicionales
Más información sobre los neutrones Departamento de Energía de EE. UU. (se abre en una pestaña nueva). Descubre cómo se utilizan los neutrones en experimentos que estudian la materia condensada Consejo de Instituciones de Ciencia y Tecnología del Reino Unido (se abre en una pestaña nueva). Sigue leyendo famoso papel B2FH (se abre en una pestaña nueva) sobre la creación de elementos mediante la captura de neutrones dentro de las estrellas.
Bibliografía
física de partículas, brian r. Martín (2011, Publicaciones de un mundo) (se abre en una pestaña nueva)
La enciclopedia de Cambridge de las estrellas, James R. por Kaler (2006, Prensa de la Universidad de Cambridge) (se abre en una pestaña nueva):
Diccionario de Internet Collins de física (2007, Collins) (se abre en una pestaña nueva)
Este mes en la historia de la física. Sitios de la American Physical Society, APS News, Volumen 16, número 5. Acceso. Dic. 1, 2022, de: https://www.aps.org/publications/apsnews/200705/physicshistory.cfm (se abre en una pestaña nueva)
Desintegración de neutrones. Science Direct. Accedido el 1 de diciembre de 2022, desde https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/neutron-decay (se abre en una pestaña nueva)
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