¿Es el núcleo un Punto?


Seguimos con nuestro repaso a los hechos experimentales que fundamentan nuestro entendimiento de la estructura de la materia.  Esta entrada forma parte de la sección Cuentos Cuánticos Experimentales.

Lo que nos proponemos en esta entrada es discutir como sabemos que el núcleo no es una estructura puntual sino que tiene “extensión”.  Aquí hablaremos de colisiones elásticas y otras cosas que han sido introducidas en las entradas anteriores.

El primero hace lo fácil

Ya hemos visto en las entradas anteriores que Geiger, Marsden y Rutherford descubrieron que en los átomos la carga positiva estaba concentrada en el núcleo.  Pero con la técnica de aquellos días no se podía estudiar el tamaño del mismo.  Así que el modelo atómico de Rutherford presuponía que el núcleo era puntual y que los electrones giraban a su alrededor (hoy sabemos que los electrones no giran en órbitas y que el núcleo no es puntual y que su comportamiento está perfectamente explicado por la cuántica).

Así que hubo que esperar unos añitos para que alguien se planteara

el estudio y comprobación experimental de esta hipótesis de núcleos puntuales. Y todo se hizo posible en la década de los 50 del pasado siglo cuando Robert Hosftadter y sus colaboradores dispusieron de una fuente de electrones con una energía de 125 Mev ( para la equivalencia del electronvoltio con otras unidades energía).

Este grupo estaba trabajando en SLAC, el acelerador de la universidad de Stanford, y Hosftadter ganó el premio Nobel por este trabajo.

Y encontraron…

¿Cómo lo hicieron?

Pues como siempre, ponemos un cañón de electrones y bombardeamos una muestra a ver como se dispersan los electrones que enviamos.  Este grupo eligió el oro, por aquello de que se pueden hacer láminas muy finas de este metal, los panes.

Los pasos son:

1.-  Tenemos una fuente de electrones que los emite a 125MeV.

2.-  Los disparamos contra una lámina de oro.

3.-  Se ponen detectores para electrones dispersados por la lámina que detectan electrones de 125MeV.  Esto significa que estamos interesados únicamente en las colisiones elásticas entre los electrones y los núcleos.

4.-  Tomamos el modelo teórico en el que consideramos un núcleo puntual y estudiamos la distribución de electrones dispersados en función del ángulo de dispersión que predice dicho modelo.

5.-  Comparamos el modelo teórico con los datos experimentales.

Y se encuentra:

La línea de arriba es lo que uno esperaría encontrar (groso modo la gráfica es número de electrones desviados en función del ángulo de desviación) si el núcleo fuera un punto.

Los datos experimentales dados por los puntos mostrados en la gráfica ni se acercan al modelo de núcleo puntual.

Y este es un magnífico ejemplo de cómo el experimento se carga un modelo teórico.  Ahora hay que profundizar en la estructura nuclear ya que este resultado nos dice que no es un punto… lo dejamos para las próximas entradas.

Referencias

No está nada mal que te lo explique el señor que lo ha hecho:

Discurso Nobel de Hosftadter

Y si alguien quiere profundizar en las técnicas de colisiones de electrones con núcleos:

Electron Scattering for Nuclear and Nucleon Structure – J. D. Walecka

Nos seguimos leyendo…

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4 Respuestas a “¿Es el núcleo un Punto?

  1. Pingback: Rómpelo y dime qué hay dentro… parte I | Cuentos Cuánticos

  2. La indiferencia es el complejo de superioridad de la ignorancia.

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