Neutron n, n 0 , N 0
Estructura de cuarks de un neutron.
Composicion	2 cuark abajo ,1 cuark arriba ,
Grupo	Hadron
Interaccion	Gravedad , Debil , Nuclear fuerte
Antiparticula	Antineutron
Teorizada	Ernest Rutherford [ 1 ] ​ (1920) Santiago Antunez de Mayolo (1924)
Descubierta	James Chadwick [ 1 ] ​ (1932)
Masa	1,674 927 498 04(95) × 10 ?27 kg [ 2 ] ​ 939,565 420 52(54) MeV / c 2 [ 2 ] ​ 1,008 664 915 95(49) uma [ 2 ] ​
Vida media	879,4(6) s [ 3 ] ​
Carga electrica	0
Dipolo electrico	<1,8 × 10 ?26 e cm [ 3 ] ​
Polarizabilidad	1,18(11) × 10 ?3 fm³ [ 3 ] ​
Momento magnetico	-1,913 042 73(45) μ N [ 2 ] ​
Polarizabilidad magnetica	3,7(12) × 10 ?4 fm³ [ 3 ] ​
Espin	1/2
Isospin	-1/2
Paridad	+1
Condensado	I ( J P ) = 1/2(1/2 + )
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El neutron es una particula subatomica , un nucleon , sin carga neta, presente en el nucleo atomico de practicamente todos los atomos , excepto el protio . Aunque se dice que el neutron no tiene carga, en realidad esta compuesto por tres particulas elementales cargadas llamadas cuarks , cuyas cargas sumadas son cero. Por tanto, el neutron es un barion neutro compuesto por dos cuarks de tipo abajo , y un cuark de tipo arriba .

Fuera del nucleo atomico, los neutrones son inestables, teniendo una vida media de 14.7 minutos (879,4 ± 0,6 s); ^{[ 4 ]} ​ cada neutron libre se descompone en un electron , un antineutrino electronico y un proton . Su masa es muy similar a la del proton, aunque ligeramente mayor.

El neutron es necesario para la estabilidad de los nucleos atomicos, a excepcion del isotopo hidrogeno-1 que contiene solo un proton. En los nucleos con mas de un proton, la fuerza de repulsion electrostatica entre estos tiende a desintegrarlos. La presencia de un numero parecido de neutrones al de los protones aseguran estabilidad de tales nucleos ya que no tienen carga electrica pero proveen fuerzas atractivas adicionales a traves de su participacion en la fuerza fuerte. Por eso, la interaccion nuclear fuerte es responsable de mantener estables los nucleos atomicos.

Los atomos de un elemento quimico que difieren solo en el numero de neutrones se denominan isotopos . Por ejemplo, el carbono , con numero atomico 6, tiene un isotopo abundante carbono-12 con 6 neutrones y un isotopo raro carbono-13 con 7 neutrones. Algunos elementos se presentan en la naturaleza con un solo isotopo estable , como el fluor ; Otros elementos se presentan con muchos isotopos estables, como el estano con diez isotopos estables, y algunos elementos como el tecnecio no tienen ningun isotopo estable.

Las propiedades de un nucleo atomico dependen tanto del numero atomico como del numero de neutrones. Con su carga positiva, los protones del nucleo son repelidos por la fuerza electromagnetica de largo alcance, pero la fuerza nuclear , mucho mas fuerte pero de corto alcance, une estrechamente a los nucleones. Los neutrones son necesarios para la estabilidad de los nucleos, a excepcion del nucleo de hidrogeno de un solo proton. Los neutrones se producen copiosamente en la fision nuclear y la fusion . Contribuyen principalmente a la nucleosintesis de elementos quimicos en las estrellas mediante procesos de fision , fusion y captura de neutrones .

El neutron es esencial para la produccion de energia nuclear. En la decada posterior al descubrimiento del neutron por James Chadwick en 1932, ^{[ 5 ]} ​ los neutrones se utilizaron para inducir muchos tipos diferentes de | transmutaciones nucleares . Con el descubrimiento de la fision nuclear en 1938, ^{[ 6 ]} ​ rapidamente se comprendio que, si un evento de fision producia neutrones, cada uno de estos neutrones podria causar mas eventos de fision, en una cascada conocida como reaccion nuclear en cadena . ^{[ 7 ]} ​ Estos acontecimientos y descubrimientos condujeron al primer reactor nuclear autosostenible ( Chicago Pile-1 , 1942) y a la primera arma nuclear ( Trinity , 1945).

Las fuentes de neutrones dedicadas, como los generadores de neutrones , los reactores de investigacion y las fuentes de espalacion producen neutrones libres para su uso en irradiacion y en experimentos de dispersion de neutrones . Un neutron libre decae espontaneamente en un proton, un electron y un antineutrino , con una Vida media de unos 15 minutos. ^{[ 4 ]} ​ Los neutrones libres no ionizan directamente los atomos, pero si causan indirectamente radiacion ionizante , por lo que pueden ser un peligro biologico, dependiendo de la dosis. ^{[ 7 ]} ​ En la Tierra existe un pequeno flujo natural de "neutrones de fondo" de neutrones libres, causado por radiacion cosmica chubascos , y por la radiactividad natural de elementos fisionables espontaneamente en la corteza terrestre . ^{[ 8 ]} ​

Historia [ editar ]

Fue predicho teoricamente en 1920 por Ernest Rutherford , recibio el nombre de "neutron" de William Draper Harkins en 1921 y fue despues propuesto por el fisico peruano Santiago Antunez de Mayolo en 1924 y en 1932 fue descubierto y documentado por James Chadwick . Se localiza en el nucleo del atomo. Antes de ser descubierto el neutron, se creia que un nucleo de numero de masa A (es decir, de masa casi A veces la del proton) y carga Z veces la del proton, estaba formada por A protones y A-Z electrones. Pero existen varias razones por las que un nucleo no puede contener electrones. Un electron solamente podria encerrarse en un espacio de las dimensiones de un nucleo atomico (10 ^-12 cm) si fuese atraido por el nucleo una fuerza electromagnetica muy fuerte e intensa; sin embargo, un campo electromagnetico tan potente no puede existir en el nucleo porque llevaria a la produccion espontanea de pares de electrones negativos y positivos ( positrones ). Por otra parte, existe incompatibilidad entre los valores del espin de los nucleos encontrados experimentalmente y los que podrian deducirse de una teoria que los supusiera formados por electrones y protones; en cambio, los datos experimentales estan en perfecto acuerdo con las previsiones teoricas deducidas de la hipotesis de que el nucleo consta solo de neutrones y protones.

Ernest Rutherford propuso por primera vez la existencia del neutron en 1920, para tratar de explicar que los nucleos no se desintegrasen por la repulsion electromagnetica de los protones.

En el ano 1930, en Alemania , Walther Bothe y H. Becker descubrieron que si las particulas alfa del polonio , dotadas de una gran energia, caian sobre materiales livianos, especificamente berilio , boro o litio , se producia una radiacion particularmente penetrante. En un primer momento se penso que eran rayos gamma, aunque estos eran mas penetrantes que todos los rayos gamma hasta ese entonces conocidos, y los detalles de los resultados experimentales eran dificiles de interpretar sobre estas bases.

En 1924, el fisico Louis de Broglie presento la existencia de un elemento neutro en la Academia de Ciencias de Paris. ^{[ 9 ]} ​

Ese mismo ano, el fisico peruano Santiago Antunez de Mayolo , durante el III Congreso Cientifico Panamericano, presenta la ponencia Hipotesis sobre la constitucion de la materia , en la que predijo la existencia de un elemento neutro dentro del atomo. ^{[ 10 ]} ​ Cabe resaltar al respecto, que en la actualidad en ninguna obra especializada en el neutron se menciona la prediccion de Antunez de Mayolo, ni siquiera en Historia del Neutron de Donald J. Hughes. ^{[ 11 ]} ​

En 1930, Viktor Ambartsumian y Dmitri Ivanenko, en la URSS, encontraron que, contrariamente a la opinion dominante de la epoca, el nucleo no puede consistir en protones y electrones. Se comprobo que algunas particulas neutras deben estar presentes ademas de los protones.

En 1932, en Paris , Irene Joliot-Curie y Frederic Joliot mostraron que esta radiacion desconocida, al golpear parafina u otros compuestos que contenian hidrogeno , producia protones a una alta energia. Eso no era inconsistente con la suposicion de que eran rayos gamma de la radiacion, pero un detallado analisis cuantitativo de los datos hizo dificil conciliar la ya mencionada hipotesis.

Finalmente (a finales de 1932) el fisico ingles James Chadwick , en Inglaterra , realizo una serie de experimentos de los que obtuvo unos resultados que no concordaban con los que predecian las formulas fisicas: la energia producida por la radiacion era muy superior y en los choques no se conservaba el momento. Para explicar tales resultados, era necesario optar por una de las siguientes hipotesis: o bien se aceptaba la no conservacion del momento en las colisiones o se afirmaba la naturaleza corpuscular de la radiacion. Como la primera hipotesis contradecia las leyes de la Fisica , se prefirio la segunda. Con esta, los resultados obtenidos quedaban explicados pero era necesario aceptar que las particulas que formaban la radiacion no tenian carga electrica. Tales particulas tenian una masa muy semejante a la del proton, pero sin carga electrica, por lo que se penso que eran el resultado de la union de un proton y un electron formando una especie de dipolo electrico . Posteriores experimentos descartaron la idea del dipolo y se conocio la naturaleza de los neutrones.

Propiedades [ editar ]

El neutron es una particula electricamente neutra, de masa 1838,5 veces mayor que la del electron y 1,00137 veces la del proton; juntamente con los protones, los neutrones son los constitutivos fundamentales del nucleo atomico y se les considera como dos formas de una misma particula: el nucleon .

El numero de neutrones en un nucleo estable es constante (unos 2,5 × 10 ²⁹ anos) ^{[ 12 ]} ​, pero un neutron libre, es decir, fuera del nucleo, se desintegra con una vida media de unos 879,4 segundos ^{[ 3 ]} ​ (hay que notar que hay discrepancia entre dos tecnicas distintas para determinar la vida media y se toma un promedio de varias medidas), ^{[ 13 ]} ​ dando lugar a un proton, un electron y un antineutrino electronico . En un nucleo estable, por el contrario, el electron emitido no tiene la energia suficiente para vencer la atraccion coulombiana del nucleo y los neutrones no se desintegran. La fuente de neutrones de mayor intensidad disponible hoy dia es el reactor nuclear . El neutron tiene carga neutra.

Un nucleo atomico esta formado por un numero de protones, Z (el numero atomico ), y un numero de neutrones, N (el numero de neutrones ), unidos por la fuerza nuclear . El numero atomico determina las propiedades quimicas del atomo, y el numero de neutrones determina el isotopo o nucleido . ^{[ 7 ]} ​ Los terminos isotopo y nucleido se utilizan a menudo sinonimamente , pero se refieren a propiedades quimicas y nucleares, respectivamente. Los isotopos son nucleidos con el mismo numero atomico, pero diferente numero de neutrones. Los nucleidos con el mismo numero de neutrones, pero diferente numero atomico, se denominan Isotonos . El numero de masa atomica , A , es igual a la suma de los numeros atomico y neutronico. Los nucleidos con el mismo numero de masa atomico, pero diferente numero atomico y de neutrones, se denominan isobaros .

El nucleo del isotopo mas comun del atomo de hidrogeno (con el simbolo quimico ¹ H) es un proton solitario. Los nucleos de los isotopos pesados de hidrogeno deuterio (D o ² H) y tritio (T o ³ H) contienen un proton unido a uno y dos neutrones, respectivamente. Todos los demas tipos de nucleos atomicos estan compuestos por dos o mas protones y diversos numeros de neutrones. Por ejemplo, el nucleido mas comun del elemento quimico comun plomo , ²⁰⁸ Pb, tiene 82 protones y 126 neutrones. La tabla de nucleidos comprende todos los nucleidos conocidos. Aunque no es un elemento quimico, el neutron esta incluido en esta tabla. ^{[ 14 ]} ​

El neutron libre tiene una masa de 939565413.3 eV/c², o 1.674927471 e ^-27 kg, o 1.00866491588 Da. ^{[ 15 ]} ​ El neutron tiene un radio cuadratico medio de aproximadamente 0.8 e ^-15 m, o 0,8 fm, ^{[ 16 ]} ​ y es un espin -½ fermion . ^{[ 17 ]} ​ El neutron no tiene carga electrica medible. Con su carga electrica positiva, el proton se ve influido directamente por los campos electricos , mientras que el neutron no se ve afectado por los campos electricos. Pero el neutron tiene un momento magnetico , por lo que se ve influido por campos magneticos . El momento magnetico del neutron tiene un valor negativo, porque su orientacion es opuesta al espin del neutron. ^{[ 18 ]} ​

Un neutron libre es inestable, desintegracion da lugar a un proton, un electron y un antineutrino con un tiempo de vida medio de algo menos de 15 minutos 879.6 +/-0.8 s. ^{[ 19 ]} ​ Esta desintegracion radiactiva , conocida como desintegracion beta , es posible porque la masa del neutron es ligeramente mayor que la del proton. El proton libre es estable. Sin embargo, los neutrones o protones unidos en un nucleo pueden ser estables o inestables, dependiendo del nucleido . La desintegracion beta, en la que los neutrones se desintegran en protones, o viceversa, se rige por la fuerza debil , y requiere la emision o absorcion de electrones y neutrinos, o sus antiparticulas.

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Los protones y los neutrones se comportan de forma casi identica bajo la influencia de la fuerza nuclear dentro del nucleo. El concepto de isospin , en el que el proton y el neutron se consideran dos estados cuanticos de la misma particula, se utiliza para modelar las interacciones de los nucleones mediante las fuerzas nuclear o debil. Debido a la intensidad de la fuerza nuclear a distancias cortas, la energia de enlace de los nucleones es mas de siete ordenes de magnitud mayor que la energia electromagnetica que une a los electrones en los atomos. Las reacciones nucleares (como la fision nuclear ) tienen, por tanto, una densidad de energia mas de diez millones de veces superior a la de las reacciones quimicas . Debido a la equivalencia masa-energia , las energias de enlace nucleares reducen la masa de los nucleos. En ultima instancia, la capacidad de la fuerza nuclear para almacenar la energia resultante de la repulsion electromagnetica de los componentes nucleares es la base de la mayor parte de la energia que hace posibles los reactores nucleares o las bombas. En la fision nuclear, la absorcion de un neutron por un nucleido pesado (por ejemplo, uranio-235 ) hace que el nucleido se vuelva inestable y se descomponga en nucleidos ligeros y neutrones adicionales. Los nucleidos ligeros cargados positivamente se repelen, liberando energia potencial electromagnetica.

El neutron se clasifica como un hadron , porque es una particula compuesta formada por cuarks . El neutron tambien se clasifica como un barion , porque esta compuesto por tres cuark de valencia . ^{[ 20 ]} ​ Tanto el tamano finito del neutron como su momento magnetico indican que el neutron es una composite , en lugar de una elementary . Un neutron contiene dos cuark abajo con carga - 1 / 3 e y un cuark arriba con carga + 2 / 3 e .

Al igual que los protones, los cuarks del neutron se mantienen unidos por la fuerza fuerte , mediada por gluons . ^{[ 21 ]} ​ La fuerza nuclear es el resultado de efectos secundarios de la fuerza fuerte mas fundamental .

Fision nuclear [ editar ]

El proceso fundamental que conduce a la produccion de energia nuclear es la fision de un nucleo de uranio originado por un neutron: en la fision el nucleo se escinde en dos partes y alrededor de tres neutrones por termino medio (neutrones rapidos); los fragmentos resultantes de la escision emiten, ademas, otros neutrones.

Los neutrones son fundamentales en las reacciones nucleares: una reaccion en cadena se produce cuando un neutron causa la fision de un atomo fisible , produciendose un mayor numero de neutrones que causan a su vez otras fisiones. Segun esta reaccion se produzca de forma controlada o incontrolada, se tiene lo siguiente:

• Reaccion incontrolada: solo se produce cuando se tiene una cantidad suficiente de combustible nuclear - masa critica -; fundamento de la bomba nuclear .
• Reaccion controlada: mediante el uso de un moderador en el reactor nuclear; fundamento del aprovechamiento de la energia nuclear.

En la cultura popular [ editar ]

Jimmy Neutron , el protagonista de la pelicula Jimmy Neutron, Boy Genius (2001) y de la serie Las aventuras de Jimmy Neutron: El nino genio (2002-2006) ambas producidas por el canal Nickelodeon en conjunto con DNA Productions, tiene ese apellido en referencia a los neutrones. El simbolo en su camiseta es un atomo.

Vease tambien [ editar ]

• Fisica nuclear
• Dispersion inelastica de neutrones
• Emision beta
• Fisica de particulas
• Interaccion nuclear debil
• Interaccion nuclear fuerte
• Moderador

Referencias [ editar ]

Enlaces externos [ editar ]

• Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre Neutron .
• Wikcionario tiene definiciones y otra informacion sobre neutron .
• Wikiquote alberga frases celebres de o sobre Neutron .
• Informacion del Neutron en fisica.cab ( enlace roto disponible en Internet Archive ; vease el historial , la primera version y la ultima ).