Descubrimiento del neutrón

Descubrimiento del neutrón.
Después del experimento de Rutherford de la lámina de oro, los
físicos y los químicos pensaban que en los núcleos atómicos deberían
de existir, además de los ya descubiertos protones, otras partículas
sin carga eléctrica. Esta especulación estaba basada en el hecho de
que la masa de los átomos de hidrógeno era muy aproximadamente
la suma de las masas del electrón y el protón. Sin embargo, la masa
de todos los demás átomos es mayor que la suma de las masas sus
protones mas sus electrones.
El mismo Rutherford propuso su existencia en 1918 y el 27 de
febrero de 1932, Chadwick (que había sido alumno de Rutherford)
reportó sus resultados, interpretándolos como evidencia de la nueva
partícula neutra a la que se le llamó neutrón.
La ilustración de la Fig 1, tomada del artículo original de Chadwick,
representa el dispositivo experimental que usó. Previamente, Bothe y Becker
habían descubierto que al bombardear algunos elementos ligeros
(particularmente berilio) con las partículas α provenientes de polonio, éstos
emitían radiaciones muy penetrantes que originalmente se pensaba que eran
rayos γ, aunque su poder de penetración era notablemente mayor que la
radiación γ emitida por los elementos radiactivos conocidos. Repitiendo los
experimentos realizados por Bothe y Becker, Chadwick intercaló en la
trayectoria de la radiación “invisible” proveniente del berilio una placa de
parafina, y de esta última empezaron a emanar protones, los cuales podía
detectar con facilidad. Después intercaló otras sustancias y observó que en
muchos casos las emanaciones invisibles provocaban la emisión de partículas
cargadas, en particular núcleos de nitrógeno.
Si consideramos a las partículas detectadas en la dirección de la flecha
de la figura 1 y suponemos que provienen de la colisión frontal elástica entre
las “partículas invisibles” y los núcleos de hidrógeno y nitrógeno, sus
respectivas velocidades están determinadas por:
vH =
2m
v
m + mH
y
vN =
2m
v
m + mN
en donde m, mH y mN son las masas de las partículas invisibles, de los núcleos
de hidrógeno (protón) y nitrógeno, respectivamente y v, vH y vN las respectivas
magnitudes de las velocidades con las que son emitidas. Dividiendo la primera
de estas expresiones entre la segunda y sustituyendo mN º 14mH, (dato se
sabía) se obtiene:
v H m + 14mH
≈
vN
m + mH
Chadwick midió la relación de velocidades vH/vN (inferidas de su alcance en
aire) y encontró que era aproximadamente de 7.0. En experimentos posteriores
se ha determinado que esta relación es cercana a 7.5. Introduciendo este
último valor en la ecuación anterior
m + 14mH
≈ 7. 5
m + mH
se obtiene que: m º mH, Este resultado fue corroborado midiendo las
correspondientes velocidades para otras partículas usadas como blanco en las
colisiones.