Cuatro fuerzas elementales, partículas y números mágicos

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cuatro fuerzasLa naturaleza impera por un número bajo (por ahora) de fuerzas, con ellas se pueden explicar todos los fenómenos físicos conocidos. Unas actúan a larga distancia y otras a mínimas, con estas últimas se rige el mundo nuclear dándole estabilidad a la composición en partículas de los átomos. Especialmente estables son aquellos que enigmáticamente se rigen por los llamados “números mágicos”.

Las fuerzas de la naturaleza

Existen cuatro fuerzas fundamentales; la fuerza gravitatoria y el electromagnetismo son bien conocidas desde siempre. Pero las otras dos; fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil no se idearon hasta que se descubrió la composición del átomo. Al saber que se hallaba compuesto por partículas cargadas en tan minúsculo espacio, saltó la pregunta; ¿qué fuerza mantiene al núcleo unido?

 

Fuerza nuclear fuerte

La que mantiene unido al núcleo y evita las repulsiones entre protones. Actúa tanto en los protones como en los neutrones y tiene una distancia de actuación de 10-13mm. En 1963 se descubrió que ambas partículas se hallaban compuestas por quarks (llamados up y down), donde se piensa actúa realmente la nuclear fuerte.

quarks

 

Fuerza nuclear débil

Pero con esta nueva fuerza no se podía explicar las desintegraciones radiactivas naturales, donde un neutrón se transformaba en un protón. En este proceso se introdujo esta nueva fuerza para explicar la llamada “emisión de partículas β”,  donde un neutrón se elimina pasando a un protón, emitiendo un electrón y un neutrino. Así esta actúa solo sobre quarks, electrones y neutrinos.

down a up
Imagen procedente de http://www.emiliosilveravazquez.com

Números mágicos

Los átomos que tienen en su composición nuclear (nº protones o nº neutrones) uno de los siguientes números es más estable de lo que se esperaría: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Si tuviera dos, sería doblemente mágico y serían especialmente estable.

Esta estabilidad es observable con la energía necesaria para eliminar un protón en los isótopos del plomo:

A 202 204 206 208 210 212
Mev 0.96 0.90 0.80 2.51 0.8 0.81

Se puede ver que el isótopo 208 del plomo, doblemente mágico, tiene una diferencia sustancial y elevada.

Pero, ¿por qué existen estos números?.

La razón actualemente aceptada  es una teoría llamada “modelo de capas nuclear”; propone que, en el núcleo de los átomos, los protones y neutrones se encuentran ordenados en capas concéntricas al igual que los electrones, admitiendo una cantidad máxima (se completaría la capa) que sería el número mágico. Así, cuanto más completa esté la capa externa de un núcleo, más estable será. Esta idea explicaría que algunos núcleos pesados se desintegran fácilmente mientras que otros no lo hacen. Así a la lista de números mágicos se han introducido nuevos gracias a investigaciones; 32, 40 y 184.

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