radio de carga

Para conocer el tamaño de la nube de protones en el núcleo atómico, los físicos hacen colisionar un núcleo inestable con un blanco y observan cuántos protones pierde. Cuanto más grande es el núcleo proyectil, más frecuentemente choca con los núcleos del blanco y pierde partículas.

El núcleo atómico no es un saco de canicas, sino una estructura ordenada donde los protones y neutrones llenan capas, como los electrones en el átomo. Cuando una capa se llena, el núcleo se vuelve especialmente estable, y al número de partículas se le llama mágico. Para el calcio, con 20 protones, los números mágicos clásicos de neutrones son 20 y 28.

El núcleo atómico no siempre es redondo, como una bola de billar. Algunos núcleos se alargan con forma de balón de rugby, mientras que otros se vuelven parecidos a una pera, con un extremo más grueso que el otro.

El núcleo de un átomo suele imaginarse como una esfera densa donde protones y neutrones están mezclados. Pero en algunos isótopos, los neutrones pueden sobresalir mucho más allá de esa esfera, formando una capa difusa: un halo de neutrones. Esto ocurre sobre todo en núcleos con muchos más neutrones que protones.

En el núcleo atómico, los protones y los neutrones están tan densamente empaquetados que entre ellos actúan fuerzas que recuerdan a resortes tensados. Unos resortes se comprimen y se estiran por igual en todas las direcciones: son las fuerzas centrales habituales.

Una olla de sopa hirviendo burbujea, y uno quiere saber qué tan calientes están las gotas individuales en su interior. Pero el termómetro solo se puede sumergir en el borde, donde ya no hay tanta efervescencia.

El hidrógeno es el átomo más simple: un protón y un electrón. Parecería que no hay nada que estudiar, pero es precisamente en él donde los físicos ponen a prueba las leyes más sutiles del micromundo. El electrón en el átomo puede ocupar distintos niveles de energía, como los peldaños de una escalera.

Dos núcleos de estaño chocan a una velocidad de aproximadamente dos tercios de la velocidad de la luz. Por un instante se forma una nube densa y caliente de la que salen protones en todas direcciones. Si se capturan pares de protones y se mide con qué frecuencia salen en la misma dirección, se puede calcular el tamaño de esa nube.

Para conocer el tamaño real del protón, los físicos reemplazaron el electrón en el átomo de hidrógeno por su copia pesada: el muón. El muón, como una lupa con aumento de mil veces, se acerca al núcleo y «palpa» el protón con una precisión antes inalcanzable.

Cuando colisionan núcleos pesados en aceleradores, se producen muchas partículas, y los físicos quieren entender cómo se mueve la carga eléctrica en ese caos. Dos trenes chocan entre sí: los pasajeros (quarks) salen despedidos, pero su equipaje (la carga) puede terminar lejos del lugar del accidente.

El núcleo atómico no es solo una bolita de protones y neutrones. En su interior, como en un diminuto imán, hay una distribución propia de magnetización. Hasta ahora era difícil de observar: los núcleos viven fracciones de segundo insignificantes y su campo magnético es débil.

El núcleo de un átomo no siempre es redondo. Puede estirarse como un melón o achatarse como una calabaza. Y de esa forma depende su tamaño, igual que del tamaño de la masa depende el tamaño del pastel. Los científicos calcularon la forma y el tamaño de los núcleos de los isótopos de berkelio, un elemento pesado que se obtiene en reactores.

El protón no es una bolita compacta. Su carga, su masa y otras propiedades se distribuyen en el espacio de maneras distintas, y cada propiedad tiene su propio radio. Los físicos saben desde hace tiempo cómo medir dónde se concentra la carga del protón y dónde está su masa.

En el Gran Colisionador de Hadrones no solo chocan protones, sino también núcleos atómicos completos. Cuando dos núcleos chocan a gran velocidad, se genera un diminuto volumen de materia sobrecalentada, tan caliente que los protones y neutrones se funden y se convierten en una 'sopa' de quarks y gluones.

En la oscura nube L43, donde nacen las estrellas, las partículas de polvo giran como pequeñas brújulas. La luz de una estrella joven las empuja, y el campo magnético las alinea en una dirección concreta. Cuando un grano de polvo está orientado de lado, su calor nos llega polarizado, como la luz que atraviesa una rendija estrecha.

El átomo de helio es como un diminuto sistema solar: los electrones se mueven alrededor del núcleo, pero sus órbitas están regidas por reglas estrictas. Los científicos han aprendido a espiar estos movimientos con una precisión asombrosa.

El muón es como un electrón, pero 200 veces más pesado. Cuando se detiene en un trozo de silicio, es atraído hacia el núcleo atómico como un imán atrae un clavo. El núcleo recibe energía extra y empieza a "hervir": de él salen distintas partículas: protones, deuterones, tritones y partículas alfa.

Los rayos cósmicos son núcleos atómicos acelerados a velocidades cercanas a la de la luz. Llegan a la Tierra desde todas direcciones, y por su composición podemos deducir lo que ocurre en los rincones lejanos de la Galaxia.

Como corredores en una larga distancia, los núcleos atómicos —desde el ligero helio hasta el pesado hierro— se precipitan hacia nosotros a través de toda la galaxia. En la meta, en el detector a bordo de un globo de gran altitud, se ve que los núcleos pesados llegan un poco más agotados que los ligeros.