Una partícula subatómica con una carga de 1+ es un(n)
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Un protón es una partícula subatómica estable, de símbolo p, H+, o 1H+ con una carga eléctrica positiva de +1 e carga elemental. Su masa es ligeramente inferior a la de un neutrón y 1836 veces la masa de un electrón (relación de masas protón-electrón). Los protones y los neutrones, cada uno con masas de aproximadamente una unidad de masa atómica, se denominan conjuntamente “nucleones” (partículas presentes en los núcleos atómicos).
En el núcleo de cada átomo hay uno o varios protones. Proporcionan la fuerza central electrostática atractiva que une a los electrones atómicos. El número de protones en el núcleo es la propiedad que define a un elemento y se denomina número atómico (representado por el símbolo Z). Dado que cada elemento tiene un número único de protones, cada elemento tiene su propio número atómico único, que determina el número de electrones atómicos y, en consecuencia, las características químicas del elemento.
La palabra protón significa en griego “primero”, y este nombre fue dado al núcleo del hidrógeno por Ernest Rutherford en 1920. En los años anteriores, Rutherford había descubierto que el núcleo de hidrógeno (conocido como el más ligero) podía extraerse de los núcleos de nitrógeno mediante colisiones atómicas[9] Los protones eran, por tanto, un candidato a ser una partícula fundamental o elemental y, por tanto, un bloque de construcción del nitrógeno y de todos los demás núcleos atómicos más pesados.
Todos los átomos están formados por las tres partículas subatómicas fundamentales
La masa del protón es la misma que la de un átomo de hidrógeno. Un electrón y un protón forman un átomo de hidrógeno. Se puede afirmar que la masa de un átomo de hidrógeno es igual a la masa de un protón porque se cree que la masa de un electrón es insignificante. La masa de un protón es 1840 veces mayor que la de un electrón.
Si se descomponen las partículas que forman el cuerpo humano en trozos más pequeños, se encontrará que en cada paso del camino, el todo es igual a la suma de las partes individuales, especialmente en lo que respecta a la masa. Si el cuerpo se descompone en grasa, huesos y órganos individuales, éstos se combinarán para dar lugar al ser humano completo. Si se descomponen en células, éstas seguirán combinándose para dar la misma masa que tú. Las células pueden dividirse en orgánulos; los orgánulos pueden dividirse en moléculas individuales, que a su vez pueden dividirse en átomos. Estos átomos pueden dividirse a su vez en protones, electrones y neutrones.
Un átomo de carbono está compuesto por seis neutrones y seis protones, lo cual es aproximadamente un 0,8% más ligero que las partículas individuales que lo forman. El método por el que se forma el carbono es la fusión nuclear del hidrógeno en helio y del helio en carbono. La energía liberada en este proceso alimenta la mayoría de los tipos de estrellas, tanto en su fase de gigante roja como en la normal. Esta energía procede en realidad de la masa perdida, según la fórmula de Einstein E = mc2
Masa del protón
La teoría atómica de Dalton explicaba muchas cosas sobre la materia, las sustancias químicas y las reacciones químicas. Sin embargo, no era del todo exacta, porque, en contra de lo que creía Dalton, los átomos pueden, de hecho, dividirse en subunidades más pequeñas o partículas subatómicas. Hemos hablado con mucho detalle del electrón, pero hay otras dos partículas que nos interesan: los protones y los neutrones. Ya hemos aprendido que J. J. Thomson descubrió una partícula con carga negativa, llamada electrón. Rutherford propuso que estos electrones orbitan alrededor de un núcleo positivo. En experimentos posteriores, descubrió que hay una partícula más pequeña con carga positiva en el núcleo, llamada protón. También existe una tercera partícula subatómica, conocida como neutrón.
Los electrones son uno de los tres tipos principales de partículas que componen los átomos. A diferencia de los protones y los neutrones, que están formados por partículas más pequeñas y simples, los electrones son partículas fundamentales que no están formadas por partículas más pequeñas. Son un tipo de partícula fundamental llamada leptón. Todos los leptones tienen una carga eléctrica de \(-1\) o \(0\). Los electrones son extremadamente pequeños. La masa de un electrón es sólo 1/2000 de la masa de un protón o un neutrón, por lo que los electrones no contribuyen prácticamente a la masa total de un átomo. Los electrones tienen una carga eléctrica de \(-1\), que es igual pero opuesta a la carga de un protón, que es \(+1\). Todos los átomos tienen el mismo número de electrones que de protones, por lo que las cargas positivas y negativas se “anulan”, haciendo que los átomos sean eléctricamente neutros.
¿Es la masa de un protón igual a la masa de un electrón
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Si calculas la relación entre la masa del protón y los quarks que lo componen, verás que los quarks sólo representan el 1,0% de la masa del protón. Un cálculo similar para un neutrón muestra que las masas de los quarks representan el 1,3% de la masa del neutrón. Así pues, para ambas partículas, el 99% de la masa no es simplemente la suma de las masas de las partículas subatómicas.
Entonces, ¿de dónde procede la masa de estas partículas? Puede interpretarse como la energía de interacción de las partículas subatómicas (piense en $E=mc^2$ al revés); y puesto que tanto los protones como los neutrones están formados por una mezcla relativista de quarks y gluones que interactúan a través de la fuerza fuerte casi de la misma manera, las energías de interacción de los quarks en un protón y un neutrón son muy cercanas.
Tanto los protones como los neutrones están formados por dos tipos de quarks: up (u) y down (d). Los protones son uud y los neutrones udd. En la DCM, la fuerza fuerte une estos quarks en protones y neutrones (técnicamente, la unión implica un “mar” de gluones y pares quark-antiquark). Existe una simetría aproximada de la QCD llamada isospín. Tanto los quarks u como los d son muy ligeros en comparación con la escala intrínseca de la QCD (una escala de energía llamada $\Lambda_{QCD} \sim 100 MeV$. En la aproximación de que las masas de los quarks u y d son iguales*, lo cual no está mal, la QCD trata a los quarks u y d de forma idéntica. En esta simetría, los protones y los neutrones son equivalentes.