NeoFronteras

Observado el decaimiento radiativo del neutrón

Área: Física — Martes, 9 de Enero de 2007

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Se ha conseguido observar por primera vez la desintegración radiativa del neutrón.
Dentro de los núcleos de los átomos hay neutrones y protones. En condiciones normales y mientras que están ahí los neutrones son estables. Sin embargo los neutrones libres son inestables, tienen una vida media de unos 10 minutos, y se desintegran produciendo un protón un electrón y un antineutrino. Pero los físicos nucleares teóricos predijeron que una de cada mil veces los neutrones decaerían en todas esas partículas y además en un fotón.
Ahora, y por primera vez, se ha podido observar esta desintegración o “decaimiento radiativo”. El descubrimiento ha sido reportado en Nature (diciembre 21) por un equipo de investigadores norteamericanos y británicos.
Además de confirmar la predicción, este descubrimiento podría arrojar luz sobre las interacciones mediadas por la fuerza nuclear débil (responsable de la radioactividad) que es una fuerza fundamental de la naturaleza como la gravedad, el electromagnetismo o la fuerza nuclear fuerte.
En estos primeros experimentos sólo se ha demostrado la existencia del fenómeno. Los investigadores esperan que medidas precisas posteriores ayuden al análisis de esta fuerza débil.
En el experimento se utilizó el haz de neutrones fríos del NIST (National Institute of Standards and Technology). Para observar el decaimiento radiactivo de fotones los investigadores midieron propiedades físicas cuándo los subproductos llegaban al detector. Según la teoría los fotones y electrones debería de llegar 20 millonésimas de segundo antes que los protones. Según los resultados uno de cada 1000 eventos se correspondía con un neutrón decayendo en protón, electrón, antineutrino y fotón.

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Típicamente el neutrón decae en un protón, un antineutrino y un electrón. Muy raramente lo hace radiativamente emitiendo además un fotón. Diagrama: Zina Deretsky, National Science Foundation.

Fue difícil observar los fotones porque el haz está contaminado con fotones que fondo que producen mucho “ruido” en las medidas, por lo que era como buscar una aguja en un pajar.
El decaimiento radiativo del neutrón es importante porque conecta directamente con el modelo estándar de partículas.

Fuente: NSF.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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7 Comentarios

  1. David:

    Hay algo que falta. ¿Por qué a veces ocurre una cosa y otras veces otra? Dado que el fotón es energía, y todos los neutrones son iguales, ¿No choca con la Ley de Conservación de la masa-energía?
    Esto no es más que un análisis somero de alguien que no tiene amplios conocimientos, desde luego. ¿Podríais explicarlo?
    Gracias.

  2. NeoFronteras:

    En los procesos de interacción de partículas no sólo se debe de conservar la energía, también se deben de conservar entre otras cantidades la carga eléctrica y el momento lineal. Si estas candidades no son conservadas entonces el proceso no es posible. En este caso no sólo se conserva la carga y el momento, además se conserva la energía.
    Toda partícula en movimiento tiene una energía cinética. El balance de todas las energías (masa, energía cinética, hν del fotón, etc) de todas las partículas hace que la energía se conserve. Como el fotón es neutro la carga también se conserva pues tenemos el neutrino que es neutro y el electrón y el protón tienen carga -1 y +1 respectivamente. El momento también se conserva, así que el proceso es posible (los fascinantes problemas de cuadrimomentos son muy bonitos y sólo hace falta saber un poco de relatividad especial, se los recomendamos).
    Por otro lado la mecánica cuántica permite la existencia de varios procesos, cada uno con una probabilidad asociada.

    Este tipo de procesos están mediados por la fuerza nuclear débil, que es la responsable de las desintegraciones (es la que impide que el sol estalle como una bomba H por ejemplo), y cuyos cuantos son los bosones Z y W, y se pueden explicar mejor bajando al nivel de los quarks. Aunque para poder hacer eso habría que extenderse más profundamente sobre el modelo estándar y sobre electrodinámica cuántica. Pero no aburriremos a los lectores con tantos detalles, diagramas de Feyman y hamiltonianos o lagrangianos… Además consumiría demasiado tiempo y recursos.
    Pero si está interesado puede encontrar el artículo original en el número de Nature del 21 de diciembre de 2006 con la referencia doi:10.1038/4441014a en la siguiente página:

    http://www.nature.com/nature/journal/v444/n7122/index.html

  3. David:

    Veamos si he comprendido. Resumiendo un poco, la energía del fotón proviene de la ralentización del neutrón y la energía cinética se transforma en un cuanto de energía electromagnética.

  4. NeoFronteras:

    El neutrón desaparece en el proceso así que no puede ser así. La suma de las energías (incluyendo masas) antes y después de la desintegración es la misma, y obviamente se conserva en ambos procesos.

  5. Rodriguez Echevarria Eduardo Junior:

    Por favor, quisiera que me enviasen una imagen experimental de cómo se descubrió el neutrón.

  6. trey:

    La verdad que el caso es interesante el proceso de interacción de las partículas requiere de un amplio estudio, pero si tienen más material sobre esto es bueno que lo suban.

  7. bibiana:

    Lo que pasa es que necesito para el martes 6 de mayo en la mañana una tarea de Química relacionada con el descubrimiento experimental del protón, neutrón y electrón y hasta el momento no la he encontrado. Necesito ayuda, ¿será que ustedes me pueden enviar esta información? Por favor, por favor. Es urgente.
    Gracias.

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