Nêutrons


Em 1932, um físico inglês chamado James Chadwick descobriu um bário eletricamente neutro. Esse bário, que passou a ser chamado de nêutron (ou neutrão, como é conhecido em Portugal), era formado por dois quarks down e um quark up. O próton está incluso na formação do núcleo atômico. Quando é separado do núcleo, o nêutron dura em média apenas 15 minutos, emitindo, assim, um elétron e um antineutrino, que se convertem em próton.

A quantidade de nêutrons que um átomo possui pode ser calculada através da subtração entre o número da massa (A) e o número atômico (Z). Hoje sabe-se que o nêutron é uma partícula elementar, mas quando foi descoberto não era assim considerado. A descoberta de James Chadwick foi tão importante que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física, em 1935.

Nêutrons

As propriedades do nêutron são:

* Massa: mn = 1,675×10−27 kg (1,0087086660945540101555981535467… u)
* Carga: qn = (-0,4 ± 1,1) x 10−21 e (teoricamente nula)
* Vida média: n = 886,7 ± 1,9 s
* Momento magnético: n = -1,9130427 ± 0,0000005 N

Nos dias de hoje, sabe-se que a estabilidade de todos os núcleos atômicos, com exceção do núcleo do hidrogênio, depende diretamente do nêutron. A atração de elétrons e prótons em relação ao nêutron se dá pela força nuclear forte. Mas o nêutron não é repelido por nenhum dos dois, o que o difere dos prótons, que se repelem eletrostaticamente ainda que sejam atraídos nuclearmente.

História do nêutron

No passado, muitos cientistas procuravam uma partícula neutra dentro do núcleo dos átomos. Era sabido que é impossível um núcleo atômico ser estável tendo somente prótons, pois há o fenômeno da repulsão elétrica quando existem partículas da mesma carga. Devido ao fato de essas partículas se repelirem umas às outras, levantou-se a hipótese nos círculos científicos de que existia uma partícula neutra dentro do núcleo do átomo. A argumentação em prol dessa tese garantia que apenas assim haveria estabilidade no núcleo.

Em meados da década de 20 do século passado, o famoso físico Ernest Rutherford e um grupo de cientistas cogitaram a existência de uma partícula eletricamente neutra, com uma massa muito próxima a do próton, que era composta por um próton e um elétron, o que garantiria a existência de uma carga nula (em termos claros, seria como se fosse feita uma soma de -1 e +1). O grupo de físicos nomeou a nova partícula de nêutron.

Porém, os cientistas encontraram obstáculos teóricos na mecânica quântica, que possuía muitos argumentos que contrariavam as suas hipóteses. Um exemplo é o Princípio de Incerteza de Heisenberg, que afirma que nunca haverá certeza em uma medida. Em termos práticos, diz que não há possibilidade de medir a velocidade e a posição de uma partícula ao mesmo tempo, pois ela sofreria influência do instrumento de medição, o que alteraria suas características. O Princípio de Incerteza de Heisenberg mostrou que um elétron não poderia estar preso em um núcleo atômico, por esse ser um espaço muito pequeno. A velocidade do elétron seria tão grande que, invariavelmente, escaparia do núcleo.

O nêutron foi observado em 1928 por Walter Bothe e Herbert Becker, mas eles acharam que se tratava de raios X. Através de uma experiência com polônio colo forte de partícula alfa, eles visualizaram uma radiação neutra permanente. Foi só em 1932 que uma versão neutra do próton foi observada e relatada, quando James Chadwick repetiu uma experiência de Frédéric Joliot-Curie e Irène Joliot-Curie.

No estudo dos isótopos, a concepção de nêutron foi de extrema importância. É possível, com essa ideia, explicar os isótopos de um elemento químico e sua estabilidade atômica. A dificuldade de observar torna o estudo difícil, devido à característica eletricamente neutra.

O antinêutron

Um ano depois da descoberta do antipróton, o que aconteceu em 1955, o físico Bruce Cork descobriu o antinêutron. Assim como a partícula de nêutron, possui a mesma massa e nenhuma carga elétrica. Não é auto conjugado de carga, sendo eletricamente neutro. O que o distingue do nêutron são outros números quânticos. O antinêutron possui antiquarks em sua composição: dois antiquarks down e um antiquark up.

Também não é facilmente observado de forma direta, por ser eletricamente neutro. O que pode ser observado em relação a ele é o aniquilamento dos seus produtos com matéria ordinária.

Sobre o momento magnético de um antinêutron, é possível afirmar que:

* Se dá de maneira contrária ao de um nêutron, sendo +1.91 µN em relação ao número do antinêutron -1.91 µN (no que diz respeito à direção de spin).

* Nesse ponto, a unidade elementar do momento magnético é µN, o que é determinada pelo magnéton nuclear.

Muito já foi discutido sobre as oscilações, através de algumas hipóteses. Cientistas propuseram a existência de oscilações nêutron-antinêutron. No entanto, para que essas hipóteses sejam confirmadas, é preciso que um processo físico que altera a conservação do número bariônico apareça em experiências.