Protones y neutrones

El fenómeno de la radioactividad en diversos elementos era conocido desde principios del siglo XX. Ciertos elementos no son estables y decaen en productos más livianos, luego de un tiempo conocido como la vida media. El conocimiento de la estructura del átomo llevó a entender que el decaimiento se producía a nivel del núcleo de los átomos, que no era entonces una entidad indivisible.

Rutherford y algunos de sus discípulos pudieron aislar a las componentes del núcleo: los protones, partículas de carga eléctrica positiva (+1 en unidades de la carga del electrón) y los neutrones, sin carga eléctrica neta. Ambas partículas tienen un tamaño diminuto pero no nulo, del orden de un Fermi (10^-15 m).

El protón posee una masa de 1,6726 10^-24 g, mientras que el neutrón es levemente más pesado, con 1,6749 10^-24 g. Estos números tan pequeños hacen necesario desarrollar un nuevo sistema de unidades, basándose en el “contenido energético” de esta masa a través de la célebre ecuación de Einstein E = mc². La unidad fundamental de la energía pasa a ser el electrón-volt (eV), esto es la energía que adquiere un electrón al pasar por una diferencia de potencial de un Voltio. Así la energía correspondiente a la masa del protón es de unos 938 MeV (millones de eV) y la del neutrón unos 939 MeV. En las mismas unidades la masa del electrón es de 0.511 MeV. Esta pequeña diferencia de masas entre los componentes del núcleo tiene consecuencias fundamentales: por ser los más livianos de sus correspondientes especies, tanto el protón como el electrón son partículas estables, esto es no pueden decaer en otras partículas más livianas porque ellas no existen. Sin embargo, la situación es muy diferente para el neutrón: la diferencia de masas con el protón es suficiente para que el primero decaiga en el segundo más un electrón (y otra partícula de masa casi nula llamada neutrino) . Simplemente por esta posibilidad de balance energético positivo el neutrón es una partícula inestable, con una vida media de una decena de minutos. Afortunadamente, dentro del núcleo la fuerza nuclear se encarga de impedir esta transmutación que de otra forma transformaría en inestables a casi todos los elementos de la naturaleza.