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El descubrimiento del neutrón


La historia del descubrimiento del neutrón y sus propiedades es fundamental para los desarrollos extraordinarios en física atómica que ocurrieron en la primera mitad del siglo XX. El neutrón fue descubierto en 1932 por el físico inglés James Chadwick, pero desde la época de Ernest Rutherford se sabía que el número de masa atómica A de los núcleos es un poco más del doble del número atómico Z para la mayoría de los átomos. La masa del átomo se concentra en el núcleo relativamente pequeño. El modelo de Rutherford para el átomo en 1911 afirma que los átomos tienen su masa y carga positiva concentradas en un núcleo muy pequeño. 

Descubrimiento del neutrón:

Las partículas alfa emitidas por el polonio cayeron sobre ciertos elementos ligeros, específicamente el berilio, se produce una radiación inusualmente penetrante.
Fuente: dev.physicslab.org

Un avance experimental se produjo en 1930 con la observación de Bothe y Becker. Descubrieron que si las partículas alfa muy energéticas emitidas por el polonio, caían sobre ciertos elementos ligeros, específicamente el berilio, el boro o el litio, una radiación que penetraba de forma inusual se producía. Como esta radiación no fue influenciada por un campo eléctrico (los neutrones no tienen carga), supusieron que se trataba de rayos gamma. Se demostró (Curie y Joliot) que cuando se bombardea un objetivo de parafina con esta radiación, expulsa protones con una energía de aproximadamente 5,3 MeV. La parafina tiene un alto contenido de hidrógeno, por lo tanto, ofrece un objetivo denso con protones (dado que los neutrones y los protones tienen una masa casi igual, los protones se dispersan energéticamente de los neutrones). Estos resultados experimentales fueron difíciles de interpretar. James Chadwick pudo demostrar que la partícula neutra no podía ser un fotón al bombardear objetivos que no fueran hidrógeno, incluidos nitrógeno, oxígeno, helio y argón. No solo eran inconsistentes con la emisión de fotones por motivos energéticos, la sección transversal para las interacciones fue de órdenes de magnitud mayor que la de Compton dispersión por fotones. En Roma, el joven físico Ettore Majorana sugirió que la forma en que la nueva radiación interactuaba con los protones requería una nueva partícula neutra.

Cámara de neutrones de Chadwick que contiene discos paralelos de polonio radiactivo y berilio. La radiación se emite desde una ventana de aluminio en el extremo de la cámara.
Fuente: imgkid.com

La tarea consistía en determinar la masa de esta partícula neutra. James Chadwick decidió bombardear el boro con partículas alfa y analizar la interacción de las partículas neutras con nitrógeno. Estos objetivos particulares fueron elegidos en parte porque las masas de boro y nitrógeno eran bien conocidas. Usando cinemática, Chadwick pudo determinar la velocidad de los protones. Luego, a través de la conservación de las técnicas de impulso, pudo determinar que la masa de la radiación neutra era casi exactamente la misma que la de un protón. En 1932, Chadwick propuso que la partícula neutra era el neutrón de Rutherford. En 1935, fue galardonado con el Premio Nobel por su descubrimiento.

Este post pertenece a la serie "Descubrimientos y Experimentos", puedes ver todos los posts aquí. 



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