Partículas subatómicas y componentes del átomo

Partícula subatómica (subatomic particle)

Una partícula subatómica (subatomic particle) se refiere a partículas más pequeñas que un átomo. Entre las partículas subatómicas, hay partículas compuestas formadas por partículas constituyentes más pequeñas, y partículas fundamentales que se consideran indivisibles. En ingeniería nuclear, las siguientes partículas elementales son particularmente importantes:

• Hadrón (hadron)
  • Barión (baryon)
    • Nucleón (nucleon)
      • Protón (proton)
      • Neutrón (neutron)
• Leptón (lepton)
  • Electrón (electron)
  • Positrón (positron)
  • Neutrino (neutrino)

El nombre ‘leptón (lepton)’ proviene de la palabra griega ‘λεπτός’, que significa pequeño y delgado. Se le dio este nombre porque en el momento de su denominación se pensaba que tenía una masa menor en comparación con otros tipos de partículas elementales. Sin embargo, el tauón (tauon), descubierto en la década de 1970, a pesar de ser un leptón, tiene una masa cercana a 1.9 veces la del protón o neutrón, por lo que no todos los leptones son necesariamente ligeros.

Electrón (electron) y Positrón (positron)

• Masa en reposo: $m_e = 9.10939 \times 10^{-31} \text{kg}$
• Carga eléctrica: $e = 1.60219 \times 10^{-19} \text{C}$

Hay dos tipos de electrones: $e^-$ (electrón negativo, negatrón) con carga negativa y $e^+$ (positrón, positron) con carga positiva. Ambos son idénticos excepto por el signo de su carga eléctrica. Generalmente, cuando se menciona “electrón” sin otra especificación, se refiere al electrón negativo.

Bajo ciertas condiciones, cuando un positrón y un electrón negativo colisionan, estos dos electrones se aniquilan y se emiten dos fotones. Este proceso se llama aniquilación de electrones (electron annihilation) y los fotones emitidos se denominan radiación de aniquilación (annihilation radiation).

Fuente de la imagen

• Autores: Dirk Hünniger, Joel Holdsworth
• Licencia: GFDLv1.2

Protón (proton)

• Masa en reposo: $m_p = 1.6726 \times 10^{-27} \text{kg}$
• Carga eléctrica: + $e = 1.60219 \times 10^{-19} \text{C}$

Tiene una carga positiva del mismo tamaño que la del electrón.

Neutrón (neutron)

• Masa en reposo: $m_n = 1.674929 \times 10^{-27} \text{kg}$
• Carga eléctrica: $0$

Tiene una masa ligeramente mayor que la del protón y es eléctricamente neutro. Fuera del núcleo atómico no es estable, por lo que se desintegra emitiendo un electrón y un antineutrino electrónico para convertirse en un protón, un proceso que tarda en promedio unos 12 minutos.

Neutrino (neutrino)

• Masa en reposo: Muy pequeña (valor exacto desconocido)
• Carga eléctrica: $0$

Originalmente se pensaba que tenía una masa en reposo de 0, pero en 1998, el equipo de investigación Super-Kamiokande en Japón descubrió que tiene una masa muy pequeña pero no nula. Existen varios tipos, pero en las reacciones nucleares se consideran importantes el neutrino electrónico (electron neutrino) y el antineutrino electrónico (electron anti-neutrino), que generalmente se tratan como un solo tipo sin distinción.

Estructura del átomo y del núcleo atómico

\[^A_Z X \ (\text{A: número másico, Z: número atómico, X: símbolo del elemento})\]

• El átomo está compuesto por una nube de electrones y un núcleo atómico en el centro
• Un átomo neutro no ionizado tiene el mismo número de electrones orbitando alrededor del núcleo que de protones
• Los electrones determinan las propiedades químicas y el tipo de elemento del átomo
• El núcleo atómico está compuesto por nucleones: protones y neutrones, que se mantienen unidos por la fuerte fuerza nuclear (Nuclear Force) superando la repulsión eléctrica
• Número atómico (atomic number): representa el número de protones en el núcleo atómico, se denota como $Z$
• Carga total del núcleo atómico: +$Ze$
• Número de neutrones (neutron number): representa el número de neutrones en el núcleo atómico, se denota como $N$
• Número másico (atomic mass number) o número de nucleones (nucleon number): suma del número de protones y neutrones en el núcleo atómico. $A=Z+N.$
• Nucleido (nuclide): núcleo atómico con un número específico de protones y neutrones

Isótopo (isotope), Isóbaro (isobar), Isótono (isotone), Isómero nuclear (isomer)

Clasificación	Definición
Isótopo (isotope)	Nucleidos con el mismo número atómico pero diferente número de neutrones
Isóbaro (isobar)	Nucleidos con el mismo número másico pero diferente número de protones y neutrones
Isótono (isotone)	Nucleidos con el mismo número de neutrones pero diferente número atómico
Isómero nuclear (isomer)	Núcleos atómicos del mismo nucleido pero en un estado metaestable debido a la excitación de uno o más nucleones