3. Interacción nuclear

3. Interacción nuclear
3.1. La composición del núcleo: interacción fuerte. Energía de enlace.
Equivalencia entre la masa y la energía.
3.1.1. Breve referencia al modelo atómico: núcleo y electrones.
3.1.2. Partículas nucleares: protón y neutrón.
3.1.3. Nucleidos; número másico. Isótopos.
3.1.4. Interacciones dominantes en el ámbito atómico-molecular y nuclear y
órdenes de magnitud de las energías características en los fenómenos
atómicos y nucleares.
3.1.5. Interacción fuerte.
3.1.6. Energía de enlace y defecto de masa.
3.1.7. Principio de equivalencia masa-energía.
3.1.8. Estabilidad nuclear.
3.2. Radiactividad: interacción débil. Magnitudes y leyes fundamentales
de la desintegración radiactiva.
3.2.1. Breve reseña histórica.
3.2.2. Descripción de los procesos alfa, beta y gamma y justificación de las
leyes de desplazamiento.
3.2.3. Ley de desintegración radiactiva; magnitudes.
3.3. Fusión y fisión nucleares: sus aplicaciones y riesgos. Aplicaciones
tecnológicas y repercusiones sociales.
3.3.1. Balance energético (masa - energía) en las reacciones nucleares.
3.3.2. Descripción de las reacciones de fusión y fisión nuclear; justificación
cualitativa a partir de la curva de estabilidad nuclear.
3.3.3. Efectos biológicos de las radiaciones.
3.3.4. Utilización de los radioisótopos y reactores nucleares.
3.4. Comparación
de las características de las interacciones
fundamentales: fuerte, electromagnética, débil y gravitatoria. La
búsqueda de la unificación de una teoría unificada para ellas.
3.4.1 Interacciones fundamentales en la naturaleza; estudio comparativo de
sus características y dominios de influencia.
3.1.1. Breve referencia al modelo atómico: núcleo y electrones.
En 1897, el Inglés J. J. Thomson
descubre el electrón utilizando un tubo de
rayos catódicos como el de la figura, para
ello establece una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo del tubo y
coloca un campo eléctrico vertical que desvía el impacto en la pantalla de modo que
se puede determinar la carga de las partículas que impactan como negativa.
Este método le permitió calcular la carga específica del electrón:
Q esp
e −1,602176487 × 10−19 C
C
= =
= −1,7588 · 1011
m
kg
9,10938215 × 10−31 kg
Al conocer Thomson que la materia era neutra, el descubrimiento del
electrón le permitió establecer un modelo del átomo que lleva su nombre.
Ernest Rutherford, discípulo de Thomson, realizó un experimento que
consistió en bombardear con radiación α una lámina muy fina de oro. Los resultados
de este conocido experimento le permitieron deducir la existencia de un núcleo
atómico de dimensiones 10-5 veces más pequeño que el átomo. Estableció un nuevo
modelo atómico que lleva su nombre.
Más tarde se halló la relación entre el tamaño del núcleo y el número de
partículas que lo componen:
1⁄
3
R ≅ 1′ 2 A
fm (1 femtómetro ó fermi = 10-15 m)
siendo A el número másico.
La relación anterior permite hallar la densidad de los núcleos atómicos:
𝑚
𝐴𝑢
𝐴 1,66 · 10−27 𝑘𝑔
𝑘𝑔
17
𝑑= =
=
≅
2,4
·
10
3
1
𝑉 4⁄ 𝜋𝑅3 4
𝑚3
⁄3 𝜋 (1′ 2 A ⁄3 10−15 )
3
Lo que demuestra que el átomo está fundamentalmente vacío y que la masa
está enormemente concentrada.
3.1.2. Partículas nucleares: protón y neutrón.
Rutherford bombardeó nitrógeno 14 con partículas α y observo la aparición
de protones:
14
7N
+ 42He →
17
8O
+ 11H
el protón sólo podía proceder del núcleo del nitrógeno o del helio, luego es una
partícula constituyente del núcleo.
Rutherford, observó que los núcleos eran más pesados de lo que deberían si
sólo estuvieran formados por protones, por lo que postuló la existencia de partículas
nucleares sin carga a las que llamó par protón-electrón. En los años 30, del siglo XX,
J. Chadwick descubrió el neutrón al bombardear con particular α núcleos ligeros:
9
4Be
+ 42He →
13
6C
+ 10n
Como se puede ver la masa del
neutrón es ligeramente superior a la del
protón, un 0,2%.
Masa (u)
Carga (C)
Protón
1,007276
1,6 · 10-19
Neutrón
1,008665
No tiene
3.1.3. Nucleidos; número másico. Isótopos.
Una vez conocida la composición del núcleo se simboliza, como hemos visto,
con la expresión:
A
ZX
donde A (número másico) es el número de protones y neutrones que tiene el núcleo
y Z (número atómico) es el número de protones del núcleo ó la carga eléctrica de la
partícula. Se llama núclido o nucleído.
Cuando dos núcleos (o átomos) tienen la misma Z pero distinta A, se
denominan isótopos. Sólo se diferencian en el número de neutrones pero
pertenecen al mismo elemento químico. Al conjunto de isótopos de un mismo
elemento se le llama “pléyade”. Por ejemplo, la pléyade del hidrógeno esta
constituida por el protio, el deuterio y el tritio. En la figura siguiente (pulsar sobre
ella) se representan los nucleídos en función de Z y N (número de neutrones):
También se puede ver esta otra tabla de nucleídos (o esta otra). Todos los
nucleídos que están en la misma horizontal son isótopos. Los que están en la misma
vertical se llaman isótonos.
3.1.4. Interacciones dominantes en el ámbito atómico-molecular y
nuclear y órdenes de magnitud de las energías características en los
fenómenos atómicos y nucleares.
En el ámbito atómico-molecular, ámbito de la química inorgánica y de los seres
vivos, la interacción predominante es la electromagnética. Frente a esta la
interacción gravitatoria es despreciable.
Con respecto al mundo nuclear hay diferencias notables:
a) La escala es del orden de entre 104 y 105 veces mayor el mundo atómicomolecular que el mundo nuclear.
b) El orden de magnitud de la energía que interviene en procesos nucleares es
de MeV como veremos más adelante, mientras que en el mundo atómico-molecular
es de eV cómo ocurre con el potencial de ionización de los átomos.
3.1.5. Interacción fuerte.
 Características.
 Interacción nuclear fuerte residual
o Características
La interacción nuclear fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales que
existen en la naturaleza según el modelo estándar que veremos más adelante.
Esta fuerza es la responsable de mantener unidos a los nucleones (protón y
neutrón) existentes en el núcleo atómico, venciendo a la repulsión electromagnética
entre los protones que poseen carga eléctrica del mismo signo (positiva) y haciendo
que los neutrones, que no tienen carga eléctrica, permanezcan unidos entre sí y
también a los protones.
Los efectos de esta fuerza sólo se aprecian a distancias muy pequeñas
(menores a 1 fm), del tamaño de los núcleos atómicos y no se perciben a distancias
mayores a 1 fm.
A esta característica se le conoce
como ser de corto alcance, en
contraposición con la fuerza gravitatoria o
la fuerza electromagnética que son de
largo alcance (realmente el alcance de
estas dos es infinito).
La teoría de la cromodinámica
cuántica propuesta a principios de los 70
del siglo pasado propone que los
protones y neutrones no son partículas
elementales, si no que están compuesta
por 3 partículas llamadas quarks
(descubierta en 1964).
1 fm (femtómetro o fermi) = 10-15 m
Femto es el prefijo para el
submúltiplo 10-15 y fermi en honor al
científico italiano Enrico Fermi. Un
protón o un neutrón tienen un
diámetro medio aproximado de 1 fm,
mientras que un electrón tiene un
diámetro medio de aproximadamente
10-3 fm, es decir, 1 am (1 attómetro).
Atto es el prefijo asignado al
submúltiplo 10-18.
La fuerza con que están unidos los tres quarks para formar el protón o el
neutrón se denomina interacción nuclear fuerte y es la más intensa que se conoce
en la naturaleza, capaz de vencer la repulsión electrostática entre protones del
núcleo con mucho.
Según la teoría de campos la forma en que se produce una interacción entre
dos partículas es mediante el intercambio de otras partículas portadoras de la
interacción. Por ejemplo, en la interacción electromagnética las partículas
portadoras de la interacción entre dos cargas es el fotón, en la interacción nuclear
fuerte es el gluón (del inglés glue = pegamento). Así que según la teoría de la
cromodinámica cuántica los 3 quarks que forman el protón o el neutrón se
intercambian gluones (hay 8 tipos de gluones).
Según el modelo estándar en el Universo
existen 6 tipos de quarks como se ve en la figura,
aunque la materia que conocemos está formada por
los quarks: u (de up = arriba), d (de down = abajo), el
electrón y el e (neutrino del electrón). Es decir, la
materia de primera generación. Las otras dos
generaciones de partículas (columnas 2 y 3 de la
figura) existieron en su momento en el Universo,
aunque se pueden obtener en los aceleradores de
partículas, pero se desintegran rápidamente dando
lugar a partículas de la primera generación que,
como se ha dicho, componen la materia conocida.
Leptón (partícula de lepto =masa ligera) esto sólo es cierto para el electrón y
su compañero el neutrino e y sus respectivas antipartículas, véase la tabla
siguiente:
Los quarks tienen las siguientes características:
entre todas estas características es de resaltar la carga que es fraccionaria, luego la
carga del electrón no sería la carga mínima que formaba el cuanto de carga.
Si un protón está formado por 3 quarks u y d, su composición será: uud, así la
carga daría +1.
Si un neutrón está formado por 3 quarks u y d, su composición será: udd, así
la carga daría 0.
Todas las partículas del modelo estándar tienen su antipartícula. Por ejemplo,
la del e- es el e+ (positrón), la del e es el 
̅̅̅e (antineutrino del electrón).
̅𝐮
̅ 𝐝,̅ carga -1. Y el antineutrón: 𝐮
̅ 𝐝̅𝐝,̅
Así, el antiprotón p̅ estaría formado por: 𝐮
de carga 0.
Características de la interacción nuclear fuerte (también llamada
fuerza de color).
a) Es la interacción más intensa que existe en la naturaleza, la fuerza que une
dos quarks es tan intensa que no ha sido posible separarlos hasta ahora. No se
ha podido conseguir un quark ni un gluón aislados. Esto se llama
confinamiento.
b) Cuando los quarks están muy próximos se anula la interacción entre ellos,
es como si estuvieran libres, pero si se intenta separarlos no se puede, esto
comportamiento se denomina libertad asintótica.
Interacción nuclear fuerte residual (fuerza fuerte o fuerza de Yukawa)
En los años 30 del siglo pasado, por lo tanto anterior a la teoría
cromodinámica cuántica, el japonés Hideki Yukawa propuso la existencia de unas
partículas llamadas mesones  o piones (mesón = medio), la masa de un mesón es
unas 200 veces la masa del electrón.
Estas partículas son portadoras de la fuerza que mantiene fuertemente unidos
a los nucleones. Yukawa supuso, siguiendo la teoría de campos, que la masa de las
partículas portadoras de la interacción es inversa al alcance de la interacción. Así si
la interacción electromagnética es de alcance infinito la partícula portadora (fotón)
habría de tener masa nula y así es. Si la interacción de Yukawa es de corto alcance la
partícula portadora (mesón ) tendría que tener una masa, que según sus cálculos,
sería una 200 veces la masa del electrón. Esta partícula fue descubierta en los rayos
cósmicos en 1937, dos años después de proponerla teóricamente Yukawa.
Existen 3 tipos de mesones  según la carga: + ,- y 0.
La interacción se explicaría así: un protón se desintegra en dos partículas, una
un mesón + y la otra un neutrón. Ese mesón + es capturado por un neutrón que se
convierte en un protón. Este proceso se explica utilizando los diagramas de
Feymman.
n
p
p


+
n
p
p
0
p
p
p
-
n
n
n
p
n
0
n
n
Los mesones también son hadrones y están formados por un quark y un
antiquark. Por ejemplo el pión + está formado por 𝐮𝐝.̅
Características de la interacción nuclear fuerte residual
a) Es de muy corto alcance, es decir, cada nucleón interacciona con los
nucleones más próximos, si bien a distancias muy cortas, menores de 9,6 fm,
las fuerzas nucleares se hacen repulsivas lo que explica que los nucleones
permanezcan a distancias medias constantes y que el volumen por nucleón
sea constante. Se dice que es una interacción saturada porque sólo actúa
sobre los nucleones que están próximos a otro.
b) Es independiente de la carga, por lo que la fuerza entre dos nucleones, bien
sean protón-protón, neutrón-neutrón o protón-neutrón, es aproximadamente
la misma. De ahí viene el nombre de nucleón, pues tanto el protón como el
neutrón se comportan igual con respecto a esta interacción.
c) Como la anterior, es la interacción más intensa que existe en la naturaleza, no
sólo contrarresta la intensísima repulsión culombiana existente entre los
protones, sino que además se requiere mucha energía para romper un núcleo
o arrancarle un nucleón.
d) Las partículas resultantes de la interacción nuclear fuerte (combinación de
quarks mediante el intercambio de gluones) se denominan hadrones. El
protón y el neutrón son un tipo de hadrones llamados bariones (que quiere
decir que tienen masa alta). Veremos después otro tipo de hadrones.
Actualmente, la fuerza de Yukawa se denomina como interacción nuclear
fuerte residual ya que se explica como la interacción nuclear fuerte entre quarks
de nucleones próximos. Se hace un paralelismo con la interacción
electromagnética que existe en una molécula (fuerzas culombianas entre
protones y electrones), si esta molécula se polariza puede atraer con la misma
fuerza electromagnética a otras moléculas (fuerza intermolecular como la de Van
der Waals).
La interacción nuclear fuerte residual sería en el mundo nuclear la análoga a la
fuerza electromagnética residual de Van der Waals en el mundo atómicomolecular.
Para ayudar a la comprensión de estos conceptos visitar la página La Aventura
de los quarks. Vídeo sobre el Modelo Estándar.
La confirmación experimental de la existencia de los quarks se realizó
mediante los aceleradores de partículas. Que también sirven, entre otras
aplicaciones, para estudiar fósiles.
El LHC (Large Hadrons Collider) sigue investigando la estructura de la
materia, en concreto, intenta demostrar la existencia del bosón de Higgs.
Véanse los siguientes sobre el LHC:
 Energía de los experimentos realizados.
 Extrema sensibilidad de las instalaciones.
 Los aceleradores mueren.
3.1.6. Energía de enlace y defecto de masa.
La estabilidad de los núcleos no se puede explicar considerando la existencia
de fuerzas gravitatorias o fuerzas electrostáticas, teniendo en cuenta que las
primeras son despreciables frente a las segundas y que éstas y a las distancias a las
que se encuentran los protones (cargas del mismo signo) resultan fuertemente
repulsivas.
Por lo tanto, debe existir otro tipo de fuerza que explique la estabilidad de los
núcleos (la existencia de cargas eléctricas del mismo signo muy próximas). Hemos
visto que esta fuerza se conoce con el nombre de interacción nuclear fuerte, tiene
un corto alcance (a distancias del tamaño de los núcleos) y una gran intensidad.
Se ha comprobado mediante técnicas espectroscópicas la masa de los núcleos
y se ha comparado con la masa de las partículas que lo forman. El resultado ha
permitido comprobar que existe una diferencia entre la masa de los nucleones
(protones y neutrones) y la masa del núcleo. Esta diferencia se conoce como defecto
m)
𝜟𝒎 = 𝒎𝒏𝒖𝒄𝒍𝒆𝒐𝒏𝒆𝒔 − 𝒎𝒏ú𝒄𝒍𝒆𝒐 = [𝒁 · 𝒎𝒑 + (𝑨 − 𝒁) · 𝒎𝒏 ] − 𝒎𝒏ú𝒄𝒍𝒆𝒐
Siendo A el número másico y Z el número atómico.
Este defecto de masa explica la estabilidad de un núcleo. El equivalente entre
masa y energía se obtiene a partir de la ecuación de Einstein:
ΔE = Δm · c2
En la que c representa la velocidad de la luz en el vacío.
Cuando se forma un núcleo a partir de sus nucleones se produce una
liberación de energía que corresponde a ese defecto de masa.
Se llama energía de enlace a la energía liberada en la formación de un núcleo,
esta energía representa la que deberíamos comunicar a un núcleo para separar sus
componentes.
ΔEenlace = Δm · c2
Cuanto más grande sea ese valor, mayor energía será necesaria para "romper"
ese núcleo y, por lo tanto, mayor cantidad de energía se liberará cuando se forme a
partir de sus partículas componentes.
Si Δm<0 entonces ΔEenlace<0, es decir, se ha liberado energía luego el sistema
ha pasado a un situación de mayor estabilidad. Esto es lo que ocurre cuando se
forma un núcleo uniendo sus nucleones. El núcleo es tan estable, que se necesita
darle una energía igual a la de enlace pero en positivo (ya que se aporta al sistema)
para romperlo, o sea, para desestabilizarlo.
3.1.7. Principio de equivalencia masa-energía.
En el apartado anterior hemos visto que cuando se construye un núcleo
“juntando” los nucleones que lo componen tan cerca como para que la interacción
nuclear fuerte (de muy corto alcance) los mantenga unidos, ocurre que en el
proceso hay una pérdida de masa, que según la ecuación de Einstein, se manifiesta
en una pérdida o liberación de energía.
O lo contrario, esa misma cantidad de energía liberada sería la que habría que
suministrar al núcleo para descomponerlo (desintegrarlo) en sus nucleones
componentes.
Toda liberación de energía significa que el sistema ha evolucionado a un
estado de mayor estabilidad. Si se aporta energía al sistema este evoluciona hacia
un estado de menor estabilidad.
La teoría de la relatividad especial ó restringida demuestra la relación entre la
masa de un sistema aislado y la energía mediante la ecuación:
ΔE = Δm · c2
Se trata de una energía inherente a la masa, distinta de la energía cinética y la
energía potencial.
Según la teoría de la relatividad especial, los principios de conservación de la masa
y conservación de la energía son combinados de manera tal que en un sistema aislado el
conjunto de masa-energía permanece constante.
Para usar esta ecuación resulta práctico calcular la energía equivalente a una unidad de
masa atómica (1 u).
En curso anteriores se ha visto que, si la masa de un átomo es X u, la masa de 6,022 · 10 23
(número de Avogadro) átomos es X g ó 6,022 · 1026 kg. O sea:
6,022 · 1026 u = 1 kg
Si calculamos la energía equivalente a 1 u, tenemos que:
1𝑘𝑔
2
16 𝑚2⁄
𝛥𝐸 = 𝛥𝑚 · 𝑐 2 = 𝟏 𝒖 · (3 · 108 )2 𝑚 ⁄ 2 = 1 𝑢 ·
·
9
·
10
𝑠
𝑠2
6,022 · 1026 𝑢
= 1,495 · 10−10 𝐽
La energía expresada en Julios es pequeña, conviene expresarla en MeV que
es el orden de medidas energéticas en física nuclear.
1𝐶 · 1𝑉 6,23 · 1018 |𝑒| 1 𝑀𝑒𝑉
−10
𝛥𝐸 = 1,495 · 10
𝐽·
·
·
= 𝟗𝟑𝟏, 𝟓 𝑴𝒆𝑽
1𝐽
1𝐶
106 𝑒𝑉
En los ejercicios tendremos en cuenta que la pérdida (o ganancia) de 1 u en el
proceso nuclear equivale a 931,5 MeV de energía liberada (o aportada) por (o al)
sistema.
1 𝑢 = 931,5 𝑀𝑒𝑉
3.1.8. Estabilidad nuclear.
Es evidente que cuanto más pesado sea un núcleo más nucleones intervienen
en su formación y, mayor será su defecto de masa y la energía de enlace. Pero estos
valores no dan una idea de cuan estable es el núcleo.
Para poder valorar si un núcleo es más estable que otro es mejor utilizar la
energía de enlace por nucleón que se halla dividiendo la energía de enlace
correspondiente a un núcleo entre el número de nucleones que tiene (A, número
másico). La energía de enlace por nucleón representa la energía necesaria para
arrancarle un neutrón a un núcleo.
𝛥𝐸𝑒𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑛𝑢𝑐𝑙𝑒ó𝑛
𝛥𝑚 · 𝑐 2
=
𝐴
Viene a representar la contribución de cada nucleón a la estabilidad nuclear.
Un núcleo será tanto más estable cuanto mayor sea su energía de enlace por
nucleón.
Se comprueba que los núcleos más estables son los núcleos de la zona
intermedia de la Tabla periódica. En general, los núcleos tienden a una situación de
mayor estabilidad mediante la emisión de partículas o radiación electromagnética
por el núcleo (radiactividad natural) o mediante procesos de fisión o fusión
nucleares.
La gráfica, de importancia histórica, que representa la relación entre la
energía de enlace por nucleón frente al número másico A es la siguiente.
Los picos correspondientes a los núcleos de 42He, 126C y 168O nos indica que los
núcleos formados por un número entero de partículas α, son más estables que los
núcleos inmediatamente anteriores y posteriores en número másico.
Obsérvese que arrancar un nucleón requiere energías del orden de MeV,
mientras que arrancar un electrón a un átomo (potencial de ionización) requiere de
pocos eV.
3.2. Radiactividad: interacción débil. Magnitudes y leyes
fundamentales de la desintegración radiactiva.
3.2.1. Breve reseña histórica.
En 1895, El físico alemán W. C. Roentgen detectó una misteriosa radiación
invisible muy penetrante a la que se llamó rayos X.
Animado por este descubrimiento el físico francés H. Becquerel investigó si los
cuerpos con fosforecencia inducida por la luz podían emitir algún tipo de radiación
tan penetrante como los rayos X. Para ello, colocó sales de uranio sobre una placa
fotográfica previamente envuelta en papel negro, exponiendo el conjunto a la luz
solar.
Pensaba que las sales de uranio, excitadas por la luz solar, podrían emitir una
radiación muy penetrante después de ser iluminadas. Pero se sorprendió al comprobar
que la película se ennegrecía incluso dentro del cajón oscuro.
El uranio, de forma espontánea, emitía una radiación más penetrante aun que los
rayos X. Becquerel llamó a este fenómeno radiactividad, e intuyó que estaba
directamente relacionado con la
estructura atómica de la materia.
“Radiactividad es el fenómeno
por el cual ciertas sustancia
llamadas
radiactivas
emiten
espontáneamente
radiaciones
penetrantes que son partículas
materiales
o
radiación
electromagnética de alta energía”
Posteriormente
muchos
científicos se interesaron por este
fenómeno y descubrieron nuevos
elementos radiactivos. Destaca por
sus investigaciones M. S Curie,
descubridora del polonio y del radio
que son millones de veces más
radiactivos que el uranio.
3.2.2. Descripción de los
procesos alfa, beta y gamma y
justificación de las leyes de
desplazamiento.
La emisión α se produce cuando el núcleo se desintegra emitiendo partículas α,
es decir, núcleos de 42He. Como hemos visto en la curva de estabilidad nuclear la
configuración de 2 protones y 2 neutrones tiene una estabilidad relativa alta, por eso
se observan esos máximos relativos en el tramo creciente de la curva.
Los componentes del núcleo (nucleones) son los protones y los neutrones.
Conviene saber que un neutrón libre es bastante inestable y se desintegra rápidamente
(τ = 885,7 s), pero cuando forma parte del núcleo, al estar en contacto con los
protones, es mucho más estable. El protón, sin embargo, cuando está libre es
enormemente estable (τ = 1035 años), es decir, una vida media bastante superior a la
antigüedad del universo, pero cuando está formando parte del núcleo es menos
estable y se puede desintegrar más fácilmente.
El papel de los neutrones en el núcleo es proporcionar interacción nuclear
fuerte sin aportar interacción electromagnética.
En el punto 3.1.3. Nucleidos, pudimos ver los nucleídos representados en una
gráfica neutrones–protones. En ella aparecen los nucleídos que emiten α, β- y β+.
Se puede apreciar que la emisión α ocurre con más frecuencia para números
atómicos elevados, a partir del Bismuto, donde el número de neutrones es bastante
superior al de protones, estos no pueden proporcionar suficiente estabilidad a los
neutrones y ya no hay nucleídos estables.
La emisión β- se produce en aquellos nucleídos en los que el número de
neutrones es superior al de protones comparados con los nucleídos estables. En esta
emisión un neutrón se transmuta en un protón según:
0
1
1
0𝑛 → 1𝑝 + −1𝑒 + 𝜈̅
La figura esquematiza esta emisión β-:
Como se pude ver lo que realmente ocurre
es que un quark down se convierte en un quark
up, emitiéndose un electrón y un antineutrino
electrónico. En este tipo de proceso intervienen
unas partículas portadoras o mediadoras (W-, W+
y Z0, llamadas bosones) de la interacción nuclear
débil responsable de este tipo de desintegración.
La interacción nuclear débil también es
responsable de la emisión radiactiva β+ y la captura electrónica:
La emisión β+ se produce en aquellos nucleídos en los que el número de
neutrones es inferior al de protones comparados con los nucleídos estables (ver
primera figura). En esta emisión un protón se transmuta en un neutrón según:
0
1
1
1𝑝 → 0𝑛 + 1𝑒 + 𝜈
Captura electrónica:
0
0
1
1
1
1
ó
1𝑝 + −1𝑒 → 0𝑛 + 𝜈̅
0𝑛 + 1𝑒 → 1𝑝 + 𝜈
Esta interacción es de un alcance inferior al de la interacción nuclear fuerte y
de una intensidad unas 1013 veces menor.
La interacción nuclear débil, que se engendra mediante el intercambio de los
bosones llamados W+, W- y Z0, restringe la materia estable a los consabidos protones
y neutrones.
Otras partículas más complejas (los quarks
strange, charme, top y bottom de la segunda y
tercera generación de partículas del modelo
estándar y sus respectivos leptones) se degradan
inmediatamente por la actuación de esta
interacción en partículas de la primera generación
(quarks up, down, electrón y neutrino
electrónico) que conforman la materia estable que
conocemos.
La emisión γ se produce cuando un
nucleído resultante, después de una radiación α ó β, está excitado. Emite γ, pasando a
estabilizarse energéticamente.
Por ejemplo, primero
60
27𝐶𝑜
*
se descompone en 60
28𝑁𝑖 excitado:
60
27𝐶𝑜
→
60
28𝑁𝑖
+ −10𝑒 + 𝜈̅
*
Entonces el 60
28𝑁𝑖 cae a su estado fundamental emitiendo dos rayos gamma
seguidos uno del otro.
60
∗
28𝑁𝑖
→
60
28𝑁𝑖
+ 2𝛾
Estas radiaciones se pueden expresar mediante las leyes del desplazamiento o
leyes de Soddy y Fajans, en las que se ponen de manifiesto la conservación del
número másico (número de nucleones) y la conservación del número atómico ó carga
eléctrica. Estas leyes de desplazamiento no reflejan otros principios de conservación,
como el del momento lineal o el del momento angular:
𝛼 ⇨ 𝐴𝑍𝑋 → 42𝐻𝑒 + 𝐴−4
𝑍−2𝑌
0
𝐴
β ⇨ 𝑍𝑋 → −1𝑒 + 𝑍+1𝐴𝑌
β+ ⇨ 𝐴𝑍𝑋 → 01𝑒 + 𝑍−1𝐴𝑌
𝛾 ⇨ 𝐴𝑍𝑋 ∗ → 𝐴𝑍𝑋 + 𝛾
Como se puede apreciar cuando un nucleído emite α, β - ó β+ se transmuta en
otro nucleído que estará desplazado en la tabla periódica 2 lugares atrás, un lugar
adelante ó un lugar atrás, respectivamente. Cuando emite γ no hay transmutación, no
se desplaza.
Estas emisiones se producen de forma espontánea porque en ellas se libera
energía. El núcleo no emite protones o neutrones espontáneamente porque estas
emisiones serían endotérmicas necesitarían energía.
En la siguiente tabla podemos ver las características de los tres tipos de
desintegración.
Partículas 
Propiedades
Poder de penetración
Poder de ionización
Carga
Fuentes
Velocidad de emisión
Masa
Son fácilmente absorbidas por la
materia: por 3-10 cm de aire, 10-2
mm de aluminio, hoja de papel
grueso, etc.
Intenso; 105 pares de iones en 3-10
cm de aire
Desviadas, con dificultad, por los
campos eléctricos y magnéticos
Fuentes puras son el 239Pu y el
241
Am, aunque este emite también
una débil radiación .
Partículas 
Radiación 
Atraviesan la materia
más fácilmente que las
partículas ; pueden
atravesar 1 m de aire ó
3 mm de aluminio
Gran poder de
penetración. Pueden
atravesar incluso varios
cm de plomo.
100 pares de iones por
cm de aire
Poca ionización por cm
de aire
Desviadas, con facilidad,
por los campos
eléctricos y magnéticos
Fuente pura es el 90Sr
Hasta 107 m/s ó 0,1 c
Hasta 0,99 c.
4 u.
1/1840 u
No son desviadas por los
campos eléctricos y
magnéticos
El 60Co.
Radiación
electromagnética. Se
propaga a la velocidad c.
No tiene masa, en el
sentido clásico.
¿Qué son?
Núcleos de helio
Electrones o positrones
Ondas E-M de muy
pequeña longitud de
onda.
Existen en la naturaleza 4 series o familias radiactivas naturales:
 Serie 4n, ya que A = 4n, es la del Th-232 acaba en el Pb-208 que es estable.
 Serie 4n + 1, A = 4n + 1, la del Pu – 241 que acaba en el Bi-237.
 Serie 4n + 2, la del U-238, que acaba en el Pb-206.
 Serie 4n + 3, la del U-235 que acaba en el Pb-207.
En las siguientes animaciones se puede ver el desarrollo de las series
radiactivas: animación 1, animación 2.
3.2.3. Ley de desintegración radiactiva; magnitudes.
El proceso de desintegración es aleatorio y no es posible predecir cuándo se
desintegrará un núcleo determinado; por eso, se aplica un tratamiento estadístico. Así
se ha obtenido la ley de desintegración radiactiva.
La pérdida por desintegración de núcleos de una muestra, -dN; es directamente
proporcional a una constante λ que depende del material radiactivo, al número N de
núcleos de la muestra y al tiempo dt en que transcurre el proceso. Es decir:
−dN
-dN = λ N dt ó
=λN
[1]
dt
Esta última expresión se puede leer así. La velocidad de desintegración de una
muestra (Actividad) es directamente proporcional al número de núcleos N de la
muestra.
−dN
=λN
dt
La actividad se mide en Bq (Becquerel) = 1 desintegración/s ó en
Ci (Curie) = 3,67 · 1010 Bq.
A=
La ecuación diferencial [1] se resuelve integrando:
N dN
t
dN
t
= −λ dt ⇒ ∫N
= ∫0 −λ dt ⇒ [ln N]N
N0 = [−λ t]0 ⇒ ln
N
N0
N
−λ t
= e
0
⇒ 𝐍 = 𝐍𝟎 𝐞
N
−𝛌 𝐭
N
N0
= −λ t ⇒
Está última expresión corresponde a la ley de desintegración radiactiva.
Cuanto mayor sea λ más pronunciada
será la caída.
Dado que la curva es asintótica al eje
del tiempo el proceso dura infinitamente. Se
define entonces el periodo de
semidesintegración ó semivida (T½) como el
tiempo que ha de transcurrir para que una
muestra se reduzca a la mitad.
N0
1
−λ T1⁄
2 ⇒ 𝑙𝑛
N = N0 e−λ t ⇒
= N0 𝑒
2
2
𝐥𝐧𝟐
= −λ T1⁄ ⇒ 𝐓𝟏⁄ =
2
𝟐
𝛌
Otro concepto estadístico que no se
debe confundir con el anterior es la vida
media (τ) que nos da el valor promedio de la
vida de un determinado núcleo radiactivo:
“Vida media de un núcleo radiactivo
es el tiempo medio necesario para que se produzca su desintegración”
𝟏
𝐓𝟏⁄
Su valor es: 𝛕 = ⇒ 𝛕 = 𝟐
𝛌
𝐥𝐧𝟐
En los ejercicios la ley de desintegración radiactiva la podemos aplicar según
nos den o nos pidan la cantidad de material radiactivo:
a) Si nos la dan en número de núcleos (o átomos): N = N0 e−λ t
b) Si nos piden o dan actividad de la muestra:
Nλ = N0 λe−λ t ⇒ 𝐀 = 𝐀𝟎 𝐞−𝛌 𝐭
c) Si nos dan piden o dan moles de la muestra:
N = N0 e−λ t ⇒
𝑁
𝑁𝐴
=
N0
NA
e−λ t ⇒ 𝐧 = 𝐧𝟎 𝐞−𝛌 𝐭
d) Si nos dan o piden la masa, como n = m/A, donde A es el número másico:
n = n0 e−λ t ⇒ nA = n0 A e−λ t ⇒ 𝐦 = 𝐦𝟎 𝐞−𝛌 𝐭
Las siguientes animaciones pueden ayudar a entender el proceso:
animación 1, animación 2.
3.3. Fusión y fisión nucleares: sus aplicaciones y riesgos.
Aplicaciones tecnológicas y repercusiones sociales.
3.3.1. Balance energético (masa - energía) en las reacciones nucleares.
Como hemos visto en el apartado 3.1.2 Rutherford (premio Nobel de química
1908), bombardeando N-14 con partículas α procedentes de un isótopo radiactivo
existente en la naturaleza, comprobó la existencia del protón como partícula
componente del núcleo:
14
4
17
1
7N + 2He → 8O + 1H
Esta reacción nuclear necesita que la energía cinética de las partículas α sea
suficiente para que ocurra, dicha energía ha de ser mayor o igual a la energía
equivalente al Δm>0 existente en esta reacción.
Igual ocurre con la reacción con la que Chadwick (premio Nobel de física
1935) demostró que el neutrón formaba parte del núcleo.
9
4Be
+ 42He →
13
6C
+ 10n
Poco después discípulos de Rutherford llevaron a cabo reacciones nucleares
utilizando como proyectiles protones acelerados en aceleradores de partículas,
obteniendo partículas α, comenzando así la era de la radiactividad artificial.
8
7
1
4
3Li + 1H → 4Be → 2 2He
Resulta evidente que la partícula idónea para bombardear un núcleo es el
neutrón, ya que al acercarse al núcleo no sufrirá la intensa repulsión electromagnética
que sufren partículas como el protón o la partícula α.
Estos electrones tienen que ser lentos (neutrones térmicos) para que puedan ser
capturados por el núcleo y dar lugar a la reacción nuclear.
Las reacciones nucleares que utilizan el neutrón como proyectil pueden dar
distintos resultados según las características del núcleo que se bombardee (blanco),
así:
a) Emisión de radiación γ:
238
239
1
92U + 0n → 92U + γ
b) Emisión de radiación α:
10
1
7
4
5B + 0n → 3Li + 2He
c) Emisión de un protón:
14
1
14
1
7N + 0n → 6C + 1H
d) Fisión nuclear:
235
92U
+ 10n →
95
39Yi
1
+ 138
53I + 3 0n
En cualquier reacción nuclear ha de cumplirse:
a)
b)
c)
d)
Conservación del número de nucleones.
Conservación del conjunto masa-energía.
Conservación del momento lineal.
Conservación del momento cinético o angular.
En cualquiera de las reacciones nucleares que existen ha de cumplirse un
balance masa – energía tal que Δm  0:
Δm =mproductos - mreactivos
Así, teniendo en cuenta la relación de Einstein ΔE = Δm · c2, si en la reacción
Δm < 0 es exotérmica y si Δm > 0 endotérmica.
En las reacciones endotérmicas la energía necesaria para que se produzca la
reacción la proporciona la partícula proyectil que impacta sobre el núcleo diana. De
tal modo que si la energía cinética de dicha partícula no es suficiente no se
producirá la reacción nuclear. Por ejemplo, si la reacción siguiente es endotérmica,
la energía necesaria para conseguir el incremento de masa corresponde a la energía
cinética de la partícula alfa:
9
13
4
1
4Be + 2He → 6C + 0n
3.3.2. Descripción de las reacciones de fusión y fisión nuclear;
justificación cualitativa a partir de la curva de estabilidad nuclear.
La fisión nuclear fue descubierta en 1938 por Otto Hahn (premio Nobel de
química 1944) y Lise Meitner (sin premio Nobel, ¿por ser mujer y judía?) con la
siguiente reacción nuclear:
235
236 ∗
141
92
1
1
92U + 0n → 92U → 56Ba + 36Kr + 3 0n
Recordando la curva de estabilidad nuclear podemos ver que los productos de
la reacción nuclear tienen más estabilidad que el uranio, por lo tanto, se liberará
energía. En la reacción anterior
se liberan 200 MeV por núcleo
de uranio. Es decir, 77 TJ/kg.
El uranio-235 no siempre
se descompone en esos dos
fragmentos
cuando
es
bombardeado por un neutrón.
Más arriba hay otra posibilidad
de fisión del uranio-235. O esta
otra:
235
236 ∗
1
92U + 0n → 92U
→ 72
30Zn
160
+ 62Sm + 4 10n
El uranio-235 es el único nucleído fisible que existe en la naturaleza. La
energía que libera la fisión nuclear de un átomo de U-235 es de alrededor de 7
millones de veces la energía que libera la explosión de una molécula de
trinitrotolueno (TNT). La energía de 1 g de U-235 =2700 kg de carbón = 30000 kg de
TNT.
El Pu-239 es otro nucleído fisible y se obtiene en los reactores nucleares a
partir del U-238.
238
92U
β−
238
93Np
β−
→
→ 238
94Pu
Esta energía se manifiesta principalmente como energía cinética de los
fragmentos de la fisión y otra parte la reciben los neutrones expulsados y el resto es
radiación gamma.
El hecho de que entre los productos de estas reacciones de fisión se encuentren
dos o más neutrones que pueden iniciar nuevas reacciones nucleares hace de este
proceso una reacción en cadena.
Las reacciones en cadena pueden ser controladas como ocurre en los reactores
nucleares de fisión donde se absorben los neutrones producidos de modo que en
promedio por cada reacción sólo queda un neutrón capaz de iniciar otra reacción. O
sin control donde las reacciones en cadena crecen exponencialmente produciéndose
una enorme liberación de energía en muy poco tiempo, como es el caso de las
bombas atómicas.
El U-235 se encuentra en la naturaleza en una proporción de 0,7%, siendo casi
todo lo demás U-238, para poderlo utilizar en los reactores nucleares es necesario
enriquecerlo hasta que alcance el 3% del mineral (pechblenda).
Para usos militares hay que enriquecerlo como mínimo hasta el 20% y en las
bombas hasta el 90% para reducir su tamaño. Ver el ciclo de enriquecimiento del
uranio. Ver otra animación sobre enriquecimiento del U-235.
La masa mínima que debe tener el material radiactivo para que se mantenga
una reacción en cadena se conoce como masa crítica, si es menor la mayoría de los
neutrones se van fuera y no producen reacción nuclear y, si es mayor, la reacción en
cadena está garantizada. La esfera es la forma que posee menor masa crítica.
En el caso de un enriquecimiento del 90% la masa crítica del U-235 es de 50
kg y del Pu-239 es de 10 kg.
La masa crítica del uranio depende del grado en que este presente (enriquecido)
el uranio-235: para un enriquecimiento del 20 % de U-235 la masa crítica es de más
de 400 kg; para el 15 % de U-235, la masa crítica excede los 600 kg.
Uno de los inconvenientes serios de los reactores nucleares de fisión son los
residuos radiactivos que se producen. Estos residuos inicialmente se quedan en las
piscinas que hay en las instalaciones de los propios reactores. Cuando se han
“enfriado” un poco pasan a almacenes de residuos cuya ubicación es problemática.
En España se producen cada año 2.160 toneladas de residuos radiactivos. La
alta toxicidad de los mismos y su actividad de hasta miles e incluso millones de años
exigen que su tratamiento sea extremadamente seguro. Mientras que las 160
toneladas de combustible irradiado que se producen anualmente en los nueve
reactores nucleares operativos se guardan provisionalmente en las propias
instalaciones, las otras 2.000 toneladas de materiales de baja y media actividad se
depositan de forma definitiva en un complejo denominado El Cabril, en la Sierra
Albarrana de Córdoba. Ver el ciclo del combustible nuclear
La fusión nuclear se realiza para obtener la energía que se libera al unir
núcleos ligeros para formar uno más pesado con lo que se liberaría energía. Este tipo
de reacción corresponde al tramo creciente de la curva de estabilidad nuclear.
En la fusión se libera energía si el núcleo resultante es menos estable o igual
que el Fe-56, ya que este es el nucleído de mayor estabilidad.
La fusión nuclear es lo que ocurre en las estrellas y de ella procede la energía
que liberan. Por ejemplo en el interior del Sol se fusiona el hidrógeno para
convertirse en helio mediante el proceso conocido como cadena protón-protón:
1
1
1H + 1H
1
2
1H + 1H
3
2He
⇒ 21H + 01e + νe
⇒ 32He + γ
+ 32He ⇒ 42He + 2 11H
Sumando [1]+2·[2]+[3]
2 11H + 21H ⇒ 42He + 01e + νe + γ
1
1H
[1]
[2]
+ 32He ⇒ 42He + 01e + νe
[3]
Sumando [1]+[2]+[3]
4 11H ⇒ 42He + 2 01e + 2νe +γ
En este proceso se libera del orden de 26,7 MeV, en estrellas de mayor tamaño
el proceso predominante en la fusión es el conocido ciclo CNO.
Para emular el proceso en la Tierra la reacción de fusión más rentable, ya
experimentada en la bomba de hidrógeno es:
2
1𝐻
+ 31𝐻 ⇒ 42𝐻𝑒 + 10𝑛
 ΔE = 17,6 MeV
La dificultad principal para obtener la fusión radica en la energía que hay que
emplear para unir dos núcleos de hidrógeno venciendo la repulsión electrostática.
En las estrellas la temperatura necesaria para que tenga lugar la fusión es del
orden de los 15 millones de grados. En los reactores experimentales de fusión se
requieren 100 millones de grados.
3.3.3. Efectos biológicos de las radiaciones.
Dependen de:
a) Del tejido u órgano irradiado.
b) De la intensidad y tiempo de exposición a la radiación.
c) Tipo de radiación, energía de la misma y
semidesintegración.
período
de
Pueden afectar por:
a) Acción externa: de menor a mayor peligro,  <  < 
b) Acción interna: ingestión, inhalación, etc.  <  < 
Efectos:
a) Inmediatos: quemaduras, cáncer,...
b) Retardados: mutaciones genéticas en descendientes.
Procedencia:
a) Espacio exterior: la radiación cósmica al chocar con la atmósfera
produce radiación (14C, tritio, ... ). Cuanto más se suba en la atmósfera mayor
es la radiación recibida, aumenta un 20 % por cada kilómetro de subida. Un
avión en vuelo recibe una radiación 150 veces superior que en tierra.
Debido al campo magnético en los polos la radiación es mayor que en
el ecuador. En Irlanda, por ejemplo, la radiación es un 10 % superior a la de
Grecia.
b) Suelo y edificios: las sustancias radiactivas de la tierra pasan a formar
parte de ladrillos y hormigón. Los granitos son muy radiactivos, más que la
arena y la madera. La tierra libera 222Rn y 220Rn que se acumulan
peligrosamente si no hay ventilación en los conductos de aire acondicionado,
en los techos falsos, en los aislamientos porosos.
c) Aire: en el aire siempre hay Rn procedente del U y el Th, es un gas
incoloro e inodoro 7,5 veces más denso que el aire. Es el responsable de más
de las ¾ partes de la dosis de radiación natural recibida por las personas.
d) Alimentación: Los materiales radiactivos son absorbidos por las plantas
y los animales y se disuelven en el agua.
La radiactividad se mide con dispositivos como el contador Geiger. En la
siguiente animación podemos ver la radiactividad que nos rodea. Otra
animación
3.3.4. Utilización de los radioisótopos y reactores nucleares.
Los isótopos radiactivos tienen muchas aplicaciones. Además usarse para
producir energía (centrales nucleares, propulsión de rompehielos y submarinos), se
utilizan en otros campos por las propiedades de las radiaciones que emiten.
Medicina:
a) Diagnóstico y como trazadores: gammagrafías para estudiar los huesos,
estudio del aparato digestivo,...
b) Radioterapia.
c) Esterilización del material quirúrgico.
Industria:
a) Radiografías de piezas metálicas y soldaduras: especialmente en piezas
“de compromiso” en las cuales no se pueden hacer ensayos destructivos.
b) Medida precisa de espesores y de niveles: en depósitos o recipientes
opacos, donde se requiere gran precisión.
c) Trazadores: para el seguimiento de fluidos en tuberías (determinar
posibles fugas) o cauces subterráneos.
d) Reacciones químicas: plásticos y modificación de propiedades de tejidos.
e) Irradiación de alimentos: para prolongar su conservación.
Investigación:
a) Datación: carbono -14,...
b) Trazadores en química, biología y bioquímica: para estudiar los
mecanismos de las reacciones. Se “marca” uno de los reactivos
(sustituyendo un átomo estable por un isótopo radiactivo del mismo) y se
le sigue la pista en qué compuesto de los productos se encuentra.
Domésticos:
a) Detectores de humo: en sistemas antiincendios. Consta de un emisor (que
contiene 241Am de T1/2 = 432 años) y de un detector de las emisiones; si
hay humo, éste se interpone entre el emisor y el detector modificando las
características de la emisión que recibe el detector, el cual acciona el
sistema para combatir el fuego.
b) Pararrayos radiactivo: las radiaciones que emiten mantiene ionizado el
aire que lo rodea de forma que la descarga eléctrica tendrá tendencia a
pasar por él. Hoy en día, están en desuso, puesto que, además de ser un
riesgo potencial, no está demostrado que sean más eficaces que los
pararrayos convencionales.
Ver la siguiente infografía sobre el uso de las radiaciones ionizantes.
REACTORES NUCLEARES DE FISIÓN
Animación sobre una central nuclear, otra animación y otra.
Principales elementos de un reactor.
 Combustible: material fisionable, que suele ser 235U o 239Pu. El uranio natural es
una mezcla de 238U (99,3%) y 235U (0,7%), generalmente en forma de óxido
(pechblenda UO2). El combustible nuclear es uranio enriquecido (contiene de 35% de 235U).
 Moderador: hace disminuir la energía de los neutrones rápidos mediante choques
elásticos. Debe ser un material de pequeña masa atómica y no absorbente de
neutrones: carbono (grafito), hidrógeno (agua), deuterio (agua pesada).
 Barras de control: absorben neutrones (Cd, B, Al, ...) y, por tanto, al
introducirlas más o menos en el núcleo del reactor regulan la producción de
energía.
 Circuito primario de refrigeración: extrae el calor del núcleo del reactor; debe
contener un cuerpo de elevado calor específico (agua, CO2 ...). Es un circuito
cerrado.
 Blindaje: la pared exterior que encierra al reactor es de hormigón, con un espesor
aproximado de 1,5 m; además, tiene chapas de acero o plomo.
 Circuito secundario: circuito de agua que se calienta y vaporiza en el generador
de vapor (intercambiador de calor) y que pasa por la turbina y se condensa en el
condensador.
 Circuito terciario de refrigeración: se utiliza para enfriar el vapor de agua que
sale de la turbina; debe enfriarse para que la diferencia de presión entre la entrada
de la turbina y la salida sea la máxima posible y su rendimiento sea aceptable.
Este circuito terciario puede ser abierto o cerrado.
El abierto consiste en tomar agua del río o del mar, que se devuelve
íntegramente, si bien un poco más caliente; esta diferencia de temperatura puede
modificar el ecosistema, por lo que hay una normativa que obliga a que el agua de
salida no exceda en 3º a la de entrada, esto se consigue mediante torres de
refrigeración.
El circuito cerrado, se hace a través de torres de refrigeración en las que una
parte del agua se evapora y se enfría, pasando de nuevo al circuito de
refrigeración.
REACTORES NUCLEARES DE FUSIÓN
Los reactores nucleares de fusión son experimentales, se basan en la fusión de
isótopos del hidrógeno (principalmente deuterio y tritio) mediante muy altas
temperatura (100 millones de grados). El combustible de hidrógeno a estas
temperaturas está en estado de plasma y la principal dificultad estriba en la
manipulación de este material a tan alta temperatura.
Existen dos formas de contener (confinar) este plasma:
a) Por confinamiento magnético, el plasma se mantiene confinado en una
región del espacio mediante campos electromagnéticos de modo que no toca las
paredes de recipiente alguno. El proyecto más importante con este tipo de
confinación es el ITER basado en el reactor prototipo ruso Tokamak.
b) Por confinamiento inercial, el plasma es confinado por potentes rayos
laser que presionan el material aumentando su temperatura hasta alcanzar la
temperatura de fusión. El proyecto más importante se lleva a cabo en EEUU en
el NIF.
3.4. Comparación de las características de las interacciones
fundamentales: fuerte, electromagnética, débil y gravitatoria.
La búsqueda de la unificación de una teoría unificada para
ellas.
3.4.1 Interacciones fundamentales en la naturaleza; estudio
comparativo de sus características y dominios de influencia.
Tabla 1
INTERACCIÓN
Nuclear fuerte
Yukawa ó nuclear
fuerte residual
INTENSIDAD
RELATIVA
1
ALCANCE
10-15
SIGNO
Atractiva
Gluones (8)
masas = 0 ÷ 20*
Mesones +, -, 0
masas = 210*
DOMINIO DE
INFLUENCIA
ORIGEN
Quarks
Up
Strange
Top
u
s
t
m=0,003
m=1,3
m=175
Down
Charme
Bottom
d
c
b
m=0,006
m=0,1
m=4,3
Mecánica
Cuántica
Nucleones
Mecánica
Cuántica
Fotones
masas = 0*
Cargas eléctricas
Toda la
Mecánica
excepto la
Cosmología
Repulsiva
Bosones W+, W-, Z0
masas = 80,80,91*
Desintegración β
Mecánica
Cuántica
Atractiva
siempre
Gravitones
masas = 0*
Masas
Toda la
Mecánica
1
10-15
Electromagnética
10-2
Muy grande
1
≈ 2
r
Atractiva ó
repulsiva
Nuclear Débil
10-12
< 10-17m
Gravitatoria
10-40
Muy grande
1
≈ 2
r
*Masas medidas en GeV/c2.
PARTÍCULAS
PORTADORAS
Atractiva
/repulsiva
Tabla 2
c
Mecánica
Cuántica
Relativista
Mecánica Relativista
Cosmología
Relativista
Mecánica
Cuántica
Mecánica Clásica
Cosmología
Velocidad
0,1c
¿?
Núcleo
10-14
Átomo 10-10
1020
Tamaño (m)
Galaxia
Teorías del campo unificado
Ley de la gravitación universal
de Newton en 1685
Mecánica celeste + mecánica terrestre
Teoría electromagnética
de Maxwell en 1860
Electricidad + magnetismo + óptica
Teoría electrodébil
de Glashow, Salam y Weinberg en 1960
Electromagnetismo + nuclear débil
Gran teoría unificada (GUT)
(por verificar)
Electrodébil + fuerte
Teoría de campos unificada ó Teoría del Todo
Teorías de supercuerdas – Teoría M
GUT + relatividad general