Protoni, neutroni ed elettroni
Il protone, il neutrone e l'elettrone sono le particelle elementari dell'atomo.
Il protone e il neutrone formano il nucleo dell'atomo mentre gli elettroni orbitano intorno al nucleo in moto continuo.
Quanto è grande un atomo?
Il nucleo occupa uno spazio complessivo di 10-15 metri.
Considerando le orbite degli elettroni, l'atomo occupa uno spazio molto più grande, circa 10-11 metri.
Pertanto, in gran parte l'atomo è composto da spazio vuoto.
Le caratteristiche delle particelle sub-atomiche
Il protone e il neutrone sono detti nucleoni. Compongono quasi la totalità della massa dell'atomo, circa il 99,9%.
I nucleoni (protoni e neutroni) sono legati dalla forza nucleare forte o interazione forte.
E' una forza molto più intensa di quella elettromagnetica ma con un raggio di azione più limitato.
Gli elettroni orbitano intorno all'atomo attratti dalla carica positiva del nucleo atomico. Una forza più debole ma con maggiore raggio di azione.
Nota. Misurando la massa delle particelle in unità di masse atomiche (uma) un neutrone ha una massa di 1,0087 uma, un protone di 1,0073 uma e un elettrone di 5·10-4 uma
Le particelle sub-atomiche hanno caratteristiche diverse
- I protoni hanno carica elettrica positiva ( +1.6·10-19 C).
- I neutroni non hanno carica elettrica.
- Gli elettroni hanno carica negativa opposta a quella dei protoni ( -1.6·10-19 C).
I protoni e i neutroni hanno una massa simile.
I neutroni hanno una massa leggermente più alta ( 1.675·10-27 kg) rispetto ai protoni ( 1.672·10-27 kg).
La vita media di un neutrone. I neutrone hanno una vita limitata quando non sono legati ai protoni. Un neutrone libero nello spazio ha una vita media di circa 904 secondi (15 minuti). Trascorso questo periodo si trasforma in un protone (p), un elettrone (e-) e un antineutrino (ve) per decadimento beta. $$ n \rightarrow p + e^- + v_e $$ Per questa ragione la massa dei neutroni è maggiore rispetto a quella dei protoni. Quando il neutrone si trova legato a uno o più protoni è stabile e ha una durata della vita indefinita.
Gli elettroni, invece, hanno una massa notevolmente inferiore rispetto ai nucleoni ( 9.11·10-31 kg).
I quark
In realtà, il protone e il neutrone non sono vere particelle elementari, perché sono composti, a loro volta, da particelle subatomiche più piccole dette quark.
Un quark è una particella subatomica con carica elettrica frazionaria.
Due tipi di quark compongono neutroni e protoni.
- Quark up
Ha una carica elettrica di +2/3 - Quark Down
Ha una carica elettrica di -1/3
Un protone è composto da due quark up e un quark down.
Pertanto, il protone ha una carica elettrica positiva pari a +1.
Il neutrone è composto da due quark down e un quark up.
Pertanto, il neutrone ha una carica elettrica nulla.
I quark sono le particelle più antiche
Sono le prime ad apparire alla nascita dell'universo, durante il Big Bang, circa 14 miliardi di anni fa.
Pochi istanti prima della formazione dei protoni e dei neutroni.
E così via.
