Partículas subatómicas y componentes del átomo

Partículas subatómicas (subatomic particle)

Las partículas subatómicas (subatomic particle) son partículas más pequeñas que el átomo. Entre las partículas subatómicas hay partículas compuestas formadas por partículas constituyentes más pequeñas, y partículas elementales que se consideran indivisibles. En ingeniería nuclear, las siguientes partículas elementales son particularmente importantes:

• Hadrones (hadron)
  • Bariones (baryon)
    • Nucleones (nucleon)
      • Protones (proton)
      • Neutrones (neutron)
• Leptones (lepton)
  • Electrones (electron)
  • Positrones (positron)
  • Neutrinos (neutrino)

El nombre ‘leptón (lepton)’ proviene del griego ‘λεπτός’, que significa pequeño y delgado. Se les dio este nombre porque en el momento de su denominación tenían una masa menor en comparación con otros tipos de partículas elementales. Sin embargo, el tauón (tauon) descubierto en la década de 11970 de la era holocena, a pesar de ser un leptón, tiene una masa cercana a 1.9 veces la de los protones y neutrones, 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: $e = 1.60219 \times 10^{-19} \text{C}$

Existen dos tipos de electrones: el $e^-$ (electrón negativo, negatrón) con carga negativa y el $e^+$ (positrón, positron) con carga positiva. Ambos tienen las mismas propiedades excepto por el signo de su carga. Generalmente, cuando se habla de electrón sin especificar, se refiere al electrón negativo.

Bajo ciertas condiciones, cuando un positrón y un electrón negativo colisionan, ambos se aniquilan y emiten dos fotones. Este proceso se conoce como 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 valor 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, proceso que tarda aproximadamente 12 minutos en promedio.

Neutrino (neutrino)

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

Originalmente se creía que tenía masa en reposo igual a cero, pero en 11998, el equipo de investigación Super-Kamiokande de Japón descubrió que posee una masa muy pequeña pero no nula. Existen varios tipos, pero en las reacciones nucleares se consideran principalmente 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 central
• 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
• El núcleo atómico está formado por nucleones (protones y neutrones), que se mantienen unidos por la fuerza nuclear fuerte (Nuclear Force), superando la repulsión eléctrica
• Número atómico (atomic number): representa el número de protones en el núcleo atómico, indicado por $Z$
• Carga total del núcleo: +$Ze$
• Número de neutrones (neutron number): representa el número de neutrones en el núcleo atómico, indicado por $N$
• Número másico (atomic mass number) o número de nucleones (nucleon number): suma del número de protones y neutrones en el núcleo. $A=Z+N.$
• Nucleido (nuclide): núcleo atómico con un número específico de protones y neutrones

Isótopos (isotope), Isóbaros (isobar), Isótonos (isotone), Isómeros nucleares (isomer)

Clasificación	Definición
Isótopos (isotope)	Nucleidos con el mismo número atómico pero diferente número de neutrones
Isóbaros (isobar)	Nucleidos con el mismo número másico pero diferente número de protones y neutrones
Isótonos (isotone)	Nucleidos con el mismo número de neutrones pero diferente número atómico
Isómeros nucleares (isomer)	Mismo nucleido pero en un estado metaestable debido a la excitación de uno o más nucleones