El rincón de la Ciencia I.S.S.N.: 1579-1149

nº 44 (febrero-2008)

¿Sabes explicar por qué ...

... los núcleos atómicos son estables a pesar de la repulsión eléctrica entre protones? (sq-4)


José Antonio Montiel. IES Séneca, Córdoba


 

¿SABES EXPLICAR POR QUÉ...los núcleos atómicos son estables a pesar de la repulsión eléctrica entre los protones?

            Denominamos fuerzas fundamentales a aquellas fuerzas de la naturaleza que no se pueden explicar en función de otras más básicas y que rigen los procesos en el mundo subatómico. Las fuerzas o interacciones fundamentales descubiertas hasta ahora son cuatro: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Las dos primeras se conocen desde hace mucho tiempo, sin embargo, las nucleares son de reciente descubrimiento, hace apenas un siglo. Puesto que son fuerzas que afectan a las partículas elementales, su estudio necesita de los aceleradores de alta energía, cuyo desarrollo viene marcando los hallazgos experimentales y los avances teóricos subsiguientes en la física moderna.

            La gravitación es la fuerza de atracción que una porción de materia ejerce sobre otra, y afecta a todos los cuerpos. Su intensidad es mínima entre las partículas que intervienen en los procesos atómicos, pero es esencial a gran escala porque su alcance es infinito, aunque decrece de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, según la ley de Newton.  Su importancia reside en que siempre es atractiva y, por tanto, se acumula, aumentando con el número de partículas en juego. De este modo, la gravitación es la fuerza preponderante a escala macroscópica y es la responsable de la atracción universal entre los cuerpos, de la cohesión de los astros (planetas, estrellas, satélites...) y regula sus movimientos.

            La fuerza electromagnética afecta exclusivamente a los cuerpos con carga eléctrica y es la responsable de las transformaciones físicas y químicas de átomos y moléculas, donde une a los electrones y los núcleos. Es mucho más intensa que la fuerza gravitatoria y su alcance es también infinito. Sin embargo, no es acumulativa como la gravitación, pues, según el tipo de cargas presentes, las interacciones electromagnéticas son atractivas o repulsivas, de manera que la neutralidad eléctrica de la materia anula sus efectos a larga distancia.

            En las reducidas dimensiones del núcleo (10-15 m) actúan dos fuerzas: la nuclear fuerte, atractiva, responsable de la cohesión entre todos los nucleones, y la nuclear débil, aún de menor alcance (10-17 m) y de menor intensidad, responsable de la desintegración β de los neutrones. En el ámbito nuclear, estas fuerzas superan ampliamente a las gravitatorias y electromagnéticas. Explicar completamente dichas interacciones es el objeto de las investigaciones actuales en física nuclear.

            Así pues, gracias a la interacción nuclear fuerte que nos permite “ignorar”, por así decirlo, la carga eléctrica, se mantiene la cohesión del núcleo atómico y se conservan “unidos” los protones y los neutrones, ya que es una fuerza de atracción entre todos los nucleones más de cien veces mayor que la repulsión entre los protones dentro del núcleo.