En entradas anteriores de Esas maravillosas partículas hemos hablado del electrón, el positrón, el protón y los quarks. Hoy seguimos con una partícula más humilde, pero muy interesante (como espero demostrar en breve): el neutrón.
El neutrón es, “por dentro”, muy parecido a un protón. Si recuerdas la entrada sobre el protón, esta partícula estaba formada por dos quarks up y uno down. Al estar formada por quarks, era un hadrón, y por tener tres quarks era un barión y, por lo tanto, un fermión. Bien, un neutrón es prácticamente igual: también está formado por tres quarks, pero en vez de up/up/down tiene up/down/down.
Esta aparentemente minúscula diferencia hace que las dos partículas “hermanas” se comporten de formas muy distintas: recuerda que la carga del protón era +2/3 +2/3 -1/3 = +1. Pero como el neutrón tiene up/down/down su carga es +2/3 -1/3 -1/3 = 0. No tiene carga – no porque no haya nada con carga en él, sino porque las cargas que hay en su interior se anulan.
Esta neutralidad de carga es lo que hizo que el neutrón tardase unos años más en ser identificado que el protón (que fue descubierto en 1918 por Rutherford). Fue James Chadwick (físico inglés), en 1932, quien identificó las partículas desconocidas pero ya observadas por otros como Walther Bothe, Irène Joliot-Curie y Frédéric Joliot. De acuerdo con Chadwick, eran algo así como protones de carga neutra (lo cual, por otro lado, no es una mala descripción), de modo que se denominaron neutrones.
Los neutrones sufren las cuatro fuerzas fundamentales del Universo, como los protones: a pesar de no tener carga neta, tienen un momento magnético lo mismo que el protón, de modo que sufren la fuerza electromagnética, la nuclear fuerte, la débil y la gravitatoria. Sin embargo, la fuerza más importante para los neutrones es la fuerza nuclear fuerte, la que mantiene a los quarks unidos en su interior y une a los neutrones con otros neutrones y con los protones en el núcleo de los átomos: puesto que los protones y neutrones son los que forman los núcleos, a las dos partículas “hermanas” se las denomina nucleones.
Sin embargo, como ya dijimos hablando del protón, él es el realmente importante en el núcleo. El neutrón, al no tener carga, no convierte a un elemento en otro: añadir un neutrón al hidrógeno no lo convierte en otra cosa, sigue siendo hidrógeno, aunque tenga propiedades un poco diferentes (por ejemplo, es más pesado). Los átomos de un elemento con diferente número de neutrones se denominan isótopos. Algunos isótopos no son estables, como el Carbono-14, de modo que se usan para medir fechas.
Pero existe otra diferencia entre el protón y el neutrón: dependiendo de qué combinación de quarks forma un hadrón, éste puede ser más o menos estable. Por ejemplo, ya dijimos que un protón libre podría no ser estable, pero de ser inestable su vida media probablemente es mucho mayor que la edad actual del Universo.
Sin embargo, debido a la combinación de quarks que forman el neutrón, un neutrón libre (no asociado al núcleo de un átomo) tiene una vida mucho más corta: unos 15 minutos. Ésa es la razón de que puedas encontrar muchos protones libres en el Universo (núcleos de hidrógeno sin el electrón), pero es muy difícil ver neutrones libres más de unos minutos. Cuando un neutrón se desintegra, lo hace en un protón, un electrón y un antineutrino (del que hablaremos en alguna otra entrada).
Debido a que un neutrón libre sólo permanece como tal durante un cuarto de hora, es difícil disponer de ellos (a diferencia de otras partículas): hay que generarlos según se necesitan. La mayor parte de ellos se obtienen de reacciones nucleares espontáneas de elementos radiactivos, que sufren la fisión de forma natural (como el polonio o el radio), emitiendo neutrones en el proceso.
¡Y los neutrones libres son muy peligrosos! De hecho, es uno de los productos de la desintegración radiactiva más peligrosos que hay. Piensa que otras partículas emitidas en las reacciones nucleares, como los electrones, aunque son peligrosas, son fáciles de parar. Las partículas cargadas, en cuantro entran en contacto con un medio material más o menos denso, empiezan a desviarse (debido a la fuerza eléctrica), a ionizar átomos arrancando electrones que se llevan parte de la energía y se mueven en otra dirección, etc. Es decir, la energía de esas partículas se disipa relativamente rápido.
Por eso, si vas a estar en un lugar en el que puede haber emisión de protones o electrones, un recubrimiento de plomo es una protección muy buena. De hecho, al ser un metal también absorbe muy bien los fotones, de modo que protege contra muchas clases de emisiones radiactivas (alfa, beta y gamma). Pero, ¿y los neutrones?
Al ser neutros, la única manera de que pierdan su energía es que choquen de cabeza con el núcleo de otro átomo. Por lo tanto, la protección contra neutrones requiere un espesor relativamente grande: y además, la masa atómica del núcleo de los átomos no influye mucho en su capacidad para pararlos, pues los núcleos son tan minúsculos comparados con el espacio entre ellos que un aumento de tamaño (por ejemplo, plomo en vez de hidrógeno) apenas influye. La mayor parte de los escudos contra neutrones son paredes espesas de cemento o parafina.
Por supuesto, la mayor parte de los neutrones que puedan llegar a tu cuerpo te atraviesan, pero tú también actúas de “escudo”: y cuando un neutrón golpea el núcleo de un átomo de una base nitrogenada de tu ADN…bueno, las consecuencias pueden ser muy desagradables, salvo que la dosis no sea muy intensa y sea breve, y además tengas suerte.
Es decir, que los neutrones son partículas algo anodinas cuando están en el núcleo de un átomo, pero si están libres tienen una vida relativamente corta y que puede ser peligrosa….y todo por tener un quark down en vez de uno up.
Una vez hemos hablado del electrón, el neutrón y el protón, como puedes ver hemos acabado con las partículas que componen la materia corriente. Pero hay muchas otras de enorme interés pero menos comunes – por el hecho de ser inestables o por el de ser indetectables, o por el hecho de no formar materia sino ser las responsables de interacciones. En la próxima entrada hablaremos del primer bosón de la serie, probablemente el más famoso – el fotón.
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{ 35 } Comentarios
Yo estoy empezando a echar de menos una tabla/esquema/clasificación/”tabla periódica” de las partículas que vas explicando. Lo suyo es ir rellenandola cada vez que expliques una nueva, así nos vamos enterando de como se va “ampliando” la fauna.
Es que esto ya empieza a ser un poco lio. Con la tabla periódica no hay problema porque mas o menos todo el mundo la tiene en mente, aunque tampoco estaría mal
, pero con las partículas subatómicas esto ya empieza a embalarse (y a aprtir de ahora más 
) y fijo que nos perdemos al momento (yo el primero de fijo).
Bueno que no me enrollo más. Solo felicitarte por el blog que esta genial y que sigo a diario.
estaba pensando en algo tipo http://particleadventure.org/frameless/chart_print.html
vale, me autoflajelo yo mismo. Ya te habían comentado lo mismo en las otras entradas. Es lo que tiene leer las entradas cuando todavía no tienen comentarios :S
cruzki,
A ver si puedo hacer un diagramita e ir ampliándolo según avance la serie. Desde luego, no esperes algo parecido a las tablas del enlace que has puesto, ¿eh? Va a ser tipo monigotes patéticos con flechas.
Ya tengo dos encargos de dibujitos (el de la adición de velocidades y éste) y a ver cuándo tengo tiempo para hacerlos…pero llegarán.
¡Gracias por la sugerencia! Respecto a no haber leído el comentario, es lo que tiene ser tan rápido al leer entradas nuevas…
lo primero enhorabuena por tu magnifico blog. muy interesantes todas las entradas. he encontrado una errata en este artículo. donde pone: “Los átomos de un elemento con diferente número de electrones se denominan isótopos”, debería poner: “Los átomos de un elemento con diferente número de NEUTRONES se denominan isótopos”
Hola,
Me gusta mucho tu blog y estoy enganchado desde hace un par de semanas
Una vez presentado, a tocar las narices
Donde dice “Los átomos de un elemento con diferente número de electrones se denominan isótopos”, ¿no debería decir neutrones?
Un saludo
Excelente entrada.
Yo sólo haría un ajuste, en el segundo párrafo, donde dice “también esta formado por tres quarks”, yo le pondría acento a “esta” para que diga”está”. O;)
¡Gracias por las dos correcciones, ya está cambiado!
No problem, esta bastante claro que no quería algo de ese pelaje, esos posters son pa pofefionales
Hola.
Excelente entrada.
Una duda, en el texto decís “Cuando un neutrón se desintegra, lo hace en un protón, un electrón y un neutrino”
Siguiendo la serie sabemos que el electrón es una partícula elemental y que no contiene quarks.
El protón tiene 3, el neutrino todavía no sabemos.
Pero entonces tenemos que en la desintegración de un protón, pasamos de 3 quark up/down/down a por lo menos otros 3 up/up/down.
Lo cual quiere decir que en la desintegración o se generan nuevos quarks o un quark cambia de up a down, o 1 quark down se transforma en 1 up, 1 electron y 1 neutrino.
Ahora, no me gusta que una particula elemental se desintegre o transforme. Mas bien tiene que reaccionar con alguna otra particula para desintegrarse.
¿Que pasa realmente?
Saludos y mil gracias por tus artículos.
Otra cosa más.
Sería interesante que en algún momento repases los conceptos de las cuatro fuerzas fundamentales del universo. Hablando brevemente sobre cada una.
Saludos.
Gaston,
No sé bien qué quieres decir con “no me gusta que una partícula elemental se desintegre o transforme.” ¿No te parece posible? Porque sí que pasa…¿O no te gusta pero crees que sí es posible?
Respecto a las fuerzas fundamentales, me apunto la sugerencia – les dedicaremos una pequeña serie de cuatro entradas.
¡Gracias!
Estupendos articulos, me he leido todos los que has puesto de particulas y he quedado asombrado. Cada día flipo mas con tu blog, un diez. Solo una, cuando pones: “Cuando un neutrón se desintegra, lo hace en un protón, un electrón y un neutrino (del que hablaremos en alguna otra entrada).” Si no me equivoco el neutron se descompone en un proton, un neutron y un antineutrino electronico. Un Saludo Daniel Santos http://psinretorno.blogspot.com
Daniel,
Toda la razón – corregido. (No voy a mencionar lo de “electrónico” por ahora, hasta que hablemos de ellos, pues es lo que suele entenderse al no especificar).
¡Gracias por el cumplido! Espero que sigas disfrutando.
Yo insisto en la duda que ha comentado Gastón, ¿cómo es posible que un neutroón al desintegrarse de esas tres partículas? ¿De dónde sale “lo que le falta”?, teniendo en cuenta que únicamente tiene tres quarks.
Un saludo y excelente blog.
MaQy,
¿Por qué no es posible? No entiendo el problema. Que una partícula sea fundamental no quiere decir que no pueda desaparecer o aparecer, mientras se conserven las magnitudes adecuadas. No es como una reacción química, en la que no pueden aparecer ni desaparecer átomos. Sólo se me ocurre que las leyes de conservación de la masa que nos enseñan en química del colegio puedan tener la culpa: pero esto no es una reacción química. ¡Lamento no saber explicarlo mejor!
Hola… Muy interesante como siempre… Solo que, y soy consciente de que repito los anteriores comentarios pero me intriga, es difícil entender como puede desintegrarse un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino. Como dices, no es extraño estos cambios siempre que se conserven las magnitudes…no se aque magnitudes te refieres, deduzco que te refieres a la cantidad de energía en origen ? Yo por ejemplo lo que veo es que como de tres quarks pueden salir 3 quarks ( en un protón) mas un electrón y un antineutrino… Parece que el resultado es mas energía que antes de la desintegración no? cuando debería ser, como máximo, la misma, según mi lógica (y desde el desconocimiento)…. ahi es donde nos falta algo creo. Un saludo
Las magnitudes que deben conservarse son varias (la carga y la masa-energía entre otras).
La cuestión es que no es masa, sino masa-energía. Si cojo, como dices, tres quarks, ¿puedo conseguir otros tres quarks en forma de protón, además de un electrón y un antineutrino? Por supuesto… si además de los tres quarks iniciales proporciono la suficiente energía (en forma de fotón) para que la masa-energía “antes” y “después” sea la misma.
La idea le cuesta a mucha gente, pero la cuestión es que la masa no se conserva. La “conservación de la masa” no es cierta para las reacciones de este tipo, lo es la de la “masa-energía”, y puede convertirse una en la otra o viceversa.
Espero que te haya ayudado
Queda bastante claro.gracias
entonces es necesaria cierta energia para que se desintegre el neutron?? y he notado que los quark down tienen el doble de masa que los quark up, de ahi quitara la energia??
1)¿Los quarks down son inestables???.
segun mi teoria, el vacio no existe, aquello que llamamos vacio es una energia, que le pondremos el nombre de vacuón, cuyas propiedades son masa cero y energia en el limite de cero
¿Cabe considerar como norma general que es más facil “frenar” o “detener” partículas cargadas eléctricamente que partículas de carga neutra como el neutrón?.
Hola… Hace poco entré a tu web por casualidad y me pareció genial… ya tengo paradas varias tareas de la U por leer estos artículos, muy interesante la forma en que desmenuzas todo… Hay un par de pregunticas me quedaron de este artículo: 1. no entiendo por qué si el Neutrón está formado por quarks y el electrón no tiene nada que ver con quarks, cómo es que resulta un electrón de la desintegración del neutrón? 2. Mencionabas que el neutrón se afecta con las 4 fuerzas fundamentales porque tenía también un momento magnético… No hay forma de frenarlos con un campo magnético?
Muchas gracias por todo
Alexander, que yo sepa, no: el momento magnético del electrón es minúsculo, con lo que haría falta un campo magnético inimaginable para afectarlos lo suficiente como para frenarlos. Y no dejes la Uni por esto, recuerda lo que te va a dar de comer algún día y lo que no
Pedro, Muy buen artículo, he encontrado muy gráfica la parte de los neutrones libres pero, no puedo dejar de preguntarme, ¿Qué los hace tan peligrosos? Es decir, ¿es peligrosa su colisión con neutrones de nuestro cuerpo?¿Lo son las partículas en que se descompone al desintegrarse? Gracias de antemano si respondes a las preguntas, sé que este artículo es un poco antiguo
Surek, cuando colisionan contra núcleos dentro de nuestro cuerpo, provocan otros tipos de radiación, con lo que se está produciendo radiación ionizante dentro de nuestro cuerpo, lo cual puede producir daños celulares. Si tuviera tiempo te buscaba algún enlace, pero no lo tengo ahora mismo
Ok ok, me hago una idea, gracias
Una consulta Pedro: ¿es verdad que los neutrones ayudan a estabilizar el núcleo atómico? Me lo han dicho en un curso preparatorio para el ingreso a la Universidad (diciendo algo como que los neutrones ayudan a impedir el rechazo mutuo de los protones), y desconfío un poco de esa información… Y felicitaciones por la serie, una genialidad…
Hola Pedro… de la última vez me quedaste debiendo una (jejeje) cómo es que resulta un electrón de la descomposición del Neutrón si los electrones son fundamentales y no tienen relación con los quark que conforman al Neutrón… muchas gracias!!!
@ALEXANDER, perdona que no te contestara en su momento, muchas veces se me pasan comentarios. La razón es que el neutrón no se desintegra como se descompone una molécula; el H2O, por ejemplo, se descompone en los átomos que lo contienen, con lo que nunca podría dar Fe. Sin embargo, el neutrón no se descompone en constituyentes, sino que se desintegra, deja de existir y en vez de él aparecen otras partículas; la masa-energía se conserva, por supuesto, pero las partículas que salen no “estaban dentro” de la partícula original.
Hola gente!! muy buena y sencilla la explicacion… Pero me ha surgido una duda fundamental de la desintegracion del neutron. Si:
neutron —–> electron + proton + antineutrino
¿como es que un hadron termina generando un lepton?. ¿Existe entonces una interconversion entre quarks y el electron siendo ambas particulas elementales?
@luchomax, sí, puedes ver además que a partir de hadrones pueden surgir neutrinos y antineutrinos. Nuestro problema es que tendemos a pensar en ello como en reacciones químicas, en las que se “desmontan” cosas y luego se vuelven a “montar” de modo diferente, pero aquí no pasa eso: no es que los quarks se separen y se junten de una manera diferente, es que (en algunas ocasiones) hay una destrucción de partículas antiguas y creación de otras nuevas.
“la masa-energía se conserva, por supuesto”….. eso es E = mc2 ??
comentario tonto…
si se desintegra en proton, electron y antineitrino, se podria convertir en un atomo de hidrogeno mas un antineutrino??
hale, ya lo he soltado…
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[...] posteriores teorías atómicas, sin embargo no voy a extenderme mas explicándola cuando ya existe un artículo publicado en el Tamiz sobre el neutrón. (Probablemente me extenderé cuando escriba la entrada “Historia de la [...]
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