Densidad nuclear

La densidad nuclear es la densidad del núcleo de un átomo . Para los núcleos pesados, es cercana a la densidad de saturación nuclear nucleones / fm ³ , lo que minimiza la densidad de energía de una materia nuclear infinita . ^[1] La densidad de masa de saturación nuclear es, por lo tanto, kg/m ³ , donde m _u es la constante de masa atómica . El término descriptivo densidad nuclear también se aplica a situaciones en las que se dan densidades igualmente altas, como en el interior de las estrellas de neutrones . ${\displaystyle n_{0}=0.15\pm 0.01}$ ${\displaystyle \rho _{0}=n_{0}m_{\rm {u}}\approx 2.5\times 10^{17}}$

Evaluación

La densidad nuclear de un núcleo típico se puede calcular aproximadamente a partir del tamaño del núcleo , que a su vez se puede aproximar en función del número de protones y neutrones que contiene. El radio de un núcleo típico, en términos de número de nucleones , es donde es el número másico y es 1,25 fm , con desviaciones típicas de hasta 0,2 fm de este valor. ^{[ cita requerida ]} La densidad numérica del núcleo es, por tanto: ${\displaystyle R=A^{1/3}R_{0}}$ ${\displaystyle A}$ ${\displaystyle R_{0}}$

${\displaystyle n={\frac {A}{{4 \over 3}\pi R^{3}}}}$

La densidad de cualquier núcleo típico, en términos de número de masa, es constante y no depende de A o R , teóricamente:

${\displaystyle n_{0}^{\mathrm {theor} }={\frac {A}{{4 \over 3}\pi (A^{1/3}R_{0})^{3}}}={\frac {3}{4\pi (1.25\ \mathrm {fm} )^{3}}}=0.122\ \mathrm {fm} ^{-3}=1.22\times 10^{44}\ \mathrm {m} ^{-3}}$

El valor determinado experimentalmente para la densidad de saturación nuclear es ^[1]

${\displaystyle n_{0}^{\mathrm {exp} }=0.15\pm 0.01\ \mathrm {fm} ^{-3}=(1.5\pm 0.1)\times 10^{44}\ \mathrm {m} ^{-3}.}$

La densidad de masa ρ es el producto de la densidad numérica n por la masa de la partícula. La densidad de masa calculada, utilizando una masa de nucleón de m _n = 1,67×10 ⁻²⁷ kg, es:

${\displaystyle \rho _{0}^{\mathrm {theor} }=m_{\mathrm {n} }\,n_{0}^{\mathrm {theor} }\approx 2\times 10^{17}\ \mathrm {kg} \ \mathrm {m} ^{-3}}$(utilizando la estimación teórica)

o

${\displaystyle \rho _{0}^{\mathrm {exp} }=m_{\mathrm {n} }\,n_{0}^{\mathrm {exp} }\approx 2.5\times 10^{17}\ \mathrm {kg} \ \mathrm {m} ^{-3}}$ (utilizando el valor experimental).

Aplicaciones y extensiones

Los componentes de un átomo y de un núcleo tienen densidades variables. El protón no es una partícula fundamental, ya que está compuesto de materia de quarks y gluones . Su tamaño es de aproximadamente 10 ⁻¹⁵ metros y su densidad de 10 ¹⁸ kg/m ³ . El término descriptivo densidad nuclear también se aplica a situaciones en las que se dan densidades igualmente altas, como en el interior de las estrellas de neutrones .

Utilizando dispersión inelástica profunda , se ha estimado que el "tamaño" de un electrón , si no es una partícula puntual , debe ser menor a 10 ⁻¹⁷ metros. ^{[ cita requerida ]} Esto correspondería a una densidad de aproximadamente 10 ²¹ kg/m ³ .

Existen posibilidades de alcanzar densidades aún mayores en lo que respecta a la materia de quarks . En un futuro cercano, las densidades más altas que se puedan medir experimentalmente probablemente se limitarán a los leptones y los quarks . ^{[ cita requerida ]}

Véase también

• Presión de degeneración electrónica
• Materia nuclear
• Plasma de quarks y gluones

Referencias

1. Horowitz, CJ; Piekarewicz, J.; Reed, Brendan (2020). "Información sobre la densidad de saturación nuclear a partir de la dispersión de electrones que violan la paridad". Phys. Rev. C . 102 (4): 044321. arXiv : 2007.07117 . Código Bibliográfico :2020PhRvC.102d4321H. doi :10.1103/PhysRevC.102.044321. S2CID  222080305 . Consultado el 7 de septiembre de 2022 .

Enlaces externos

• "El núcleo atómico" . Consultado el 18 de noviembre de 2014 .(derivación de ecuaciones y otras descripciones matemáticas)