Neutrón

¿Qué es un neutrón?

Un neutrón es una partícula subatómica sin carga que se encuentra en el núcleo atómico, razón por la cual lleva ese nombre y por la cual se le cataloga como nucleón, junto al protón, que tiene una masa más pequeña. Este tipo de partícula se puede encontrar todos los átomos con excepción del protio (hidrógeno-1). Si bien anteriormente se ha mencionado que el neutrón no tiene carga, y así se describe en varios manuales de química, este se encuentra conformado por tres partículas fundamentales con carga, los quarks, aunque la suma de sus cargas da cero. De esta manera, el neutrón es un barión (partícula con tres quarks) formada un quark de tipo arriba y dos quarks de tipo abajo. Por fuera del núcleo atómico, los neutrones son muy inestables y sólo tienen una vida media de 14,7 minutos, descomponiéndose después en un electrón, un protón y un antineutrino electrónico.

El neutrón teorizado por Ernst Rutheford en 1920, aunque fue finalmente descubierto en 1932 por el físico inglés James Chadwick, descubriendo que era una partícula necesaria para mantener la estabilidad dentro del núcleo atómico. Muchos años después se descubriría que el neutrón se mantiene sujeto al núcleo gracias a la interacción nuclear fuerte. Antes de la comprobación de James Chadwick y de la teoría de Rutherford, se creía que el núcleo estaba formado por A número de protones y A-Z número de electrones, aunque se conocían varias razones por las cuales el núcleo no podía tener la presencia de electrones. Por ejemplo, la única forma de que un electrón fuera atraído hacia el núcleo atómico sería que lo arrastrara una fuerza electromagnética muy intensa y fuerte, aunque esto provocaría la creación de un campo electromagnético capaz de crear electrones negativos y positrones. Además de esto, los valores del espín de núcleos formados por protones y electrones y los conocidos experimentalmente no son compatibles, por lo cual se descarta la presencia de estas partículas en el núcleo.

La masa del electrón es 1838,5 veces superior a la del electrón y 1,00147 veces mayor a la del protón. Se sabe que el número de estas partículas dentro de un núcleo estable es constante. A diferencia de los neutrones libres, los neutrones dentro del núcleo no se desintegran porque el electrón que emiten no tiene suficiente energía para superar la atracción coulombiana del núcleo. En la actualidad, la mayor fuente de estas partículas son los reactores nucleares. En estas estructuras, los neutrones son utilizados para crear reacciones en cadena, en donde un neutrón provoca la fisión de un átomo fisible, generando más neutrones que, a su vez, producen más fisiones. Esto puede generar una reacción controlada, cuando se utiliza un moderador dentro del reactor nuclear para desacelerar los neutrones y aprovechar la energía generada; o una reacción incontrolada, cuando no se tiene suficiente combustible nuclear, como ocurre con las combas atómicas.

De esta manera, Rutherford propuso la existencia del neutrón para explicar por qué los núcleos no se desintegraban por la repulsión electromagnética creada por los protones.  Años atrás, en abril de 1909, los químicos alemanes H. Becker y Walther Bothe descubrieron que las partículas alfa del polonio con una gran cantidad de energía producían una radiación muy penetrante al caer sobre boro, litio o berilio, aunque en su momento no se asoció con el neutrón. En 1924, el físico francés Louis de Broglie afirmó ante la Academia de Ciencias de París la existencia de un elemento neutro, y en ese mismo año el físico peruano Santiago Antúnez de Mayolo también predijo durante el III Congreso Científico Panamericano que debía existir un elemento neutro dentro del átomo. Esto fue confirmado por los soviéticos Dmitri Ivanenko

y Viktor Ambartsumian, quienes comprobaron de una vez por todas que el núcleo no podía estar conformado por electrones y protones. Más tarde, los franceses Frédéric Joliot e Irène Joliot-Curie llegaron a la conclusión de que la radiación del polonio estaba formada por rayos gamma, producidos por un elemento neutro. Finamente, Chadwcik descubrió esta partícula en 1932 al ver que la energía que producía esta radiación era mayor a la esperada y que no se conservaba el momento en los choques.