El neutronio (a veces abreviado como neutrio , [1] también conocido como neutrito [2] ) es una sustancia hipotética compuesta puramente de neutrones . La palabra fue acuñada por el científico Andreas von Antropoff en 1926 (antes del descubrimiento del neutrón ) para el hipotético "elemento del número atómico cero" (con cero protones en su núcleo) que colocó a la cabeza de la tabla periódica (denotado por guión, sin símbolo de elemento). [3] [4] Sin embargo, el significado del término ha cambiado con el tiempo., y desde la última mitad del siglo XX en adelante también se ha utilizado para referirse a sustancias extremadamente densas que se asemejan a la materia degenerada por neutrones que se teoriza que existe en los núcleos de las estrellas de neutrones ; en lo sucesivo, " neutronio degenerado " se referirá a esto.
La ciencia ficción y la literatura popular han utilizado el término "neutronio" para referirse a una fase imaginaria de materia muy densa compuesta principalmente por neutrones, con propiedades útiles para la historia.
Estrellas de neutronio y neutrones
El neutronio se utiliza en la literatura de física popular para referirse al material presente en los núcleos de las estrellas de neutrones (estrellas que son demasiado masivas para ser soportadas por la presión de degeneración electrónica y que colapsan en una fase más densa de la materia). Este término se usa muy raramente en la literatura científica, por tres razones: existen múltiples definiciones para el término "neutronio"; existe una considerable incertidumbre sobre la composición del material en los núcleos de las estrellas de neutrones (que podría ser de neutrones degenerada materia , materia extraña , materia quark , o una variante o combinación de los anteriores); las propiedades del material de la estrella de neutrones deben depender de la profundidad debido a los cambios de presión (ver más abajo ), y no se espera que exista un límite definido entre la corteza (que consiste principalmente en núcleos atómicos ) y la capa interna casi sin protones. [ cita requerida ]
Cuando se presume que el material del núcleo de una estrella de neutrones consiste principalmente en neutrones libres, en la literatura científica se le suele denominar materia degenerada por neutrones. [5]
Neutronio y la tabla periódica
El término "neutronio" fue acuñado en 1926 por Andreas von Antropoff para una forma conjeturada de materia compuesta por neutrones sin protones ni electrones , que colocó como elemento químico de número atómico cero a la cabeza de su nueva versión del periódico. mesa . [6] Posteriormente se colocó en medio de varias representaciones en espiral del sistema periódico de clasificación de elementos químicos, como las de Charles Janet (1928), EI Emerson (1944) y John D. Clark (1950).
Aunque el término no se utiliza en la literatura científica ni para una forma condensada de materia ni como un elemento, ha habido informes de que, además del neutrón libre , pueden existir dos formas ligadas de neutrones sin protones. [7] Si se considerara que el neutronio es un elemento, entonces estos cúmulos de neutrones podrían considerarse los isótopos de ese elemento. Sin embargo, estos informes no se han fundamentado más.
- Mononeutrón : un neutrón aislado sufre desintegración beta con una vida media de aproximadamente 15 minutos ( vida media de aproximadamente 10 minutos), convirtiéndose en un protón (el núcleo del hidrógeno ), un electrón y un antineutrino .
- Dineutrón: El dineutrón, que contiene dos neutrones, se observó sin ambigüedades en 2012 en la desintegración del berilio-16. [8] [9] No es una partícula ligada, pero se ha propuesto como un estado de resonancia de duración extremadamente corta producido por reacciones nucleares que involucran tritio . Se ha sugerido que tiene una existencia transitoria en las reacciones nucleares producidas por heliones (helio 3 núcleos, completamente ionizados) que dan como resultado la formación de un protón y un núcleo que tiene el mismo número atómico que el núcleo diana pero un número de masa dos unidades mayor. . La hipótesis de los dineutrones se ha utilizado en reacciones nucleares con núcleos exóticos durante mucho tiempo. [10] Varias aplicaciones del dineutrón en reacciones nucleares se pueden encontrar en artículos de revisión. [11] Se ha demostrado que su existencia es relevante para la estructura nuclear de núcleos exóticos. [12] Un sistema compuesto por solo dos neutrones no está ligado, aunque la atracción entre ellos es casi suficiente para que así sea. [13] Esto tiene algunas consecuencias sobre la nucleosíntesis y la abundancia de elementos químicos . [11] [14]
- Trineutrón: No se ha detectado un estado de trineutrón que consta de tres neutrones unidos, y no se espera que exista [ cita requerida ] ni siquiera por un corto período de tiempo.
- Tetraneutrón : un tetraneutrón es una partícula hipotética que consta de cuatro neutrones unidos. Los informes de su existencia no se han replicado. [15]
- Pentaneutrón: los cálculos indican que el estado hipotético del pentaneutrón, que consiste en un grupo de cinco neutrones, no estaría ligado. [dieciséis]
Aunque no se llama "neutronio", el Centro Nacional de Datos Nucleares 's tarjetas de bolsillo Nuclear listas como su primer 'isótopo' un 'elemento' con el símbolo N y número atómico Z = 0 y número de masa A = 1. Este isótopo se describe como decayendo al elemento H con una vida media de10,24 ± 0,2 min . [17]
Propiedades
La materia neutrónica es equivalente a un elemento químico con número atómico 0, lo que quiere decir que es equivalente a una especie de átomos que no tienen protones en su núcleo atómico. Es extremadamente radiactivo ; su único isótopo equivalente legítimo, el neutrón libre, tiene una vida media de sólo 10 minutos, que es comparable a la mitad de la del isótopo de francio más estable conocido . La materia neutrónica se descompone rápidamente en hidrógeno . La materia de neutrones no tiene estructura electrónica debido a su total falta de electrones. Sin embargo, como elemento equivalente, podría clasificarse como gas noble .
La materia de neutrones a granel nunca se ha visto. Se supone que la materia de neutrones aparecería como un gas químicamente inerte, si se pudiera recolectar lo suficiente para ser visto como un gas o líquido a granel, debido a la apariencia general de los elementos en la columna de gases nobles de la tabla periódica.
Si bien esta vida útil es lo suficientemente larga como para permitir el estudio de las propiedades químicas del neutronio, existen serios problemas prácticos. Al no tener carga ni electrones, el neutronio no interactuaría fuertemente con los fotones ordinarios de baja energía (luz visible) y no sentiría fuerzas electrostáticas , por lo que se difundiría en las paredes de la mayoría de los contenedores hechos de materia ordinaria. Ciertos materiales son capaces de resistir la difusión o absorción de neutrones ultrafríos debido a los efectos cuánticos nucleares, específicamente la reflexión causada por la fuerte interacción . A temperatura ambiente y en presencia de otros elementos, los neutrones térmicos se someten fácilmente a la captura de neutrones para formar isótopos más pesados (y a menudo radiactivos) de ese elemento.
La ley de los gases ideales predice que la materia de neutrones a presión y temperatura estándar es menos densa que incluso el hidrógeno, con una densidad de solo0,045 kg / m 3 (aproximadamente 27 veces menos denso que el aire y la mitad de denso que el gas hidrógeno ). Se espera que la materia de neutrones permanezca gaseosa hasta el cero absoluto a presiones normales, ya que la energía del punto cero del sistema es demasiado alta para permitir la condensación. Sin embargo, la materia de neutrones debería, en teoría, formar un superfluido gaseoso degenerado a estas temperaturas, compuesto por pares de neutrones transitorios llamados dineutrones . Bajo una presión extremadamente baja, este superfluido gaseoso de baja temperatura debería exhibir coherencia cuántica produciendo un condensado de Bose-Einstein . A temperaturas más altas, la materia de neutrones solo se condensará con la presión suficiente y se solidificará con una presión aún mayor. Estas presiones existen en las estrellas de neutrones, donde la presión extrema hace que la materia de los neutrones se degenere. Sin embargo, en presencia de materia atómica comprimido al estado de degeneración de electrones , β - caries puede ser inhibida debido a la principio de exclusión de Pauli , haciendo así neutrones libres estables. Además, las presiones elevadas deberían hacer que los neutrones se degeneren .
En comparación con los elementos ordinarios, el neutronio debería ser más comprimible debido a la ausencia de protones y electrones cargados eléctricamente . Esto hace que el neutronio sea más favorable energéticamente que los núcleos atómicos ( Z positivo ) y conduce a su conversión en neutronio (degenerado) a través de la captura de electrones , un proceso que se cree que ocurre en los núcleos estelares en los segundos finales de la vida de las estrellas masivas , donde se facilita mediante el enfriamiento a través deνmiemisión. Como resultado, el neutronio degenerado puede tener una densidad de4 × 10 17 kg / m 3 [ cita requerida ] , aproximadamente 14 órdenes de magnitud más densos que las sustancias ordinarias más densas conocidas. Se teorizó que las presiones extremas de orden100 MeV / fm 3 podrían deformar los neutrones en una simetría cúbica , permitiendo un empaquetamiento más estrecho de neutrones, [18] o causar una formación de materia extraña .
En ficción
El término neutronio ha sido popular en la ciencia ficción desde al menos mediados del siglo XX, como la máquina Doomsday en Star Trek , o el colapso en las novelas Terrohuman Future History de H. Beam Piper . Por lo general, se refiere a una forma de materia extremadamente densa e increíblemente fuerte. Aunque presumiblemente inspirado en el concepto de materia degenerada por neutrones en los núcleos de las estrellas de neutrones , el material utilizado en la ficción tiene como mucho un parecido superficial, generalmente representado como un sólido extremadamente fuerte en condiciones similares a las de la Tierra , o que posee propiedades exóticas como la capacidad de manipular el tiempo y el espacio. Por el contrario, todas las formas propuestas de material del núcleo de la estrella de neutrones son fluidos y son extremadamente inestables a presiones más bajas que las que se encuentran en los núcleos estelares . Según un análisis, una estrella de neutrones con una masa por debajo de aproximadamente 0,2 masas solares explotaría. [19]
Ver también
- Estrella compacta
- Hidrógeno
- Neutrón
- Aspiradora
Referencias
- ↑ Inglis-Arkell, Esther (14 de abril de 2012). "Neutrium: el estado hipotético más neutral de la materia" . io9.com . Consultado el 11 de febrero de 2013 .
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Dada esta suposición ... la masa mínima posible de una estrella de neutrones es 0.189 (masas solares)
Otras lecturas
- Glendenning, NK (2000). Estrellas compactas: física nuclear, física de partículas y relatividad general (2ª ed.). Springer . ISBN 978-0-387-98977-8.