Física Nuclear Librosmaravillosos Academia De Ciencias (USA)
Física nuclearwww.librosmaravillosos.com1Academia de Ciencias (USA)Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)ReseñaEste volumen está dedicado íntegramente al informe emitido por laComisión de Física Nuclear (Panel on Nuclear Physics) del Comité deSeguimiento de la Física (Physics Survey Committee), fundado por elConsejo Nacional de Investigación (National Research Council) portantes producidos en Física Nuclear durante la décadaanterior, esboza su impacto en la sociedad y en otras ciencias, ydescribe los problemas que existen en este campo de la ciencia. Ellibro concluye con un capítulo acerca de las prioridades que serecomiendan mantener en torno a esta disciplina.2Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)ÍndiceIntroducciónResumen ejecutivo1. Introducción a la física nuclearParte I: Avances más importantes en física nuclear2. Estructura y dinámica nucleares3. Fuerzas fundamentales en el núcleo4. Núcleos bajo condiciones extremasParte II: Impacto de la física nuclear5. Astrofísica nuclear6. Beneficios científicos y socialesParte III: Fronteras actuales de la física nuclear7. El plasma de quarks y gluones8. Nuevas descripciones de la materia nuclear9. La síntesis electrodébil y sus consecuencias10. Prioridades que se recomiendan para la física nuclearApéndiceBibliografíaAcrónimos y abreviacionesTérminos técnicos3Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)IntroducciónEste volumen está dedicado íntegramente al informe emitido por laComisión de Física Nuclear (Panel on Nuclear Physics) del Comité deSeguimiento de la Física (Physics Survey Committee), fundado por elConsejo Nacional de Investigación (National Research Council) portantes producidos en Física Nuclear durante la décadaanterior, esboza su impacto en la sociedad y en otras ciencias, ydescribe los problemas que existen en este campo de la ciencia. Ellibro concluye con un capítulo acerca de las prioridades que serecomiendan mantener en torno a esta disciplina.La Comisión de Física Nuclear elaboró este informe a partir de lasreuniones de mayo de 1983 enero de 1984 y a través de unaextensa correspondencia. También se obtuvo información delComité Asesor sobre Ciencia Nuclear (Nuclear Science AdvisoryCommittee: NSAC) del Departamento de Energía y la FundaciónNacional para la Ciencia (National Science Foundation) durante lasemana de sesiones celebrada en julio de 1983, cuando se esbozó elesquema general de su Plan a Largo Alcance de 1983. El Apéndice Bmuestra la lista de aquellos que asistieron a las sesiones, en lasque, además, participaron otros miembros aparte de los del NSAC ode nuestra comisión.La mayoría de los comentarios emitidos por los 11 ponentes nproporcionar un punto de vista representativo de la comunidad4Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)científica nuclear, se incorpora a este manuscrito, el cual fueenviado al Consejo Nacional de Investigación en mayo de 1984 fueronsubsiguientemente incorporados, y el manuscrito final estuvo listoen agosto de 1984.Evidentemente, es imposible cubrir el campo de la Física Nuclear deforma exhaustiva con un informe del tamaño de este libro. Por lotanto, aquí sólo puede proporcionarse un panorama de algunostemas selectos, entre los que la Comisión ha intentado mantener unequilibrio temático razonable. Aunque en este informe no se hacereferencia explícita a la química nuclear, es necesario resaltar quelos químicos y físicos nucleares trabajan para conseguir el mismoobjetivo: comprender el núcleo. Por lo tanto, ambos poseen losmismos intereses comunes y comparten las mismas instalaciones.La Comisión desea dar las gracias tanto a los ponentes como a losmiembros del Comité de Seguimiento de la Física, del Equipo deFísica y Astronomía del Consejo Nacional de Investigación, y amuchas otras personas que han contribuido a esta tarea. Damos lasgracias especialmente a Fred Raab por su valiosa ayuda en laescritura y edición de este informe.5Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)Resumen ejecutivo§. La física nuclear actualEl objetivo de la Física Nuclear es el estudio de las propiedades delos núcleos atómicos, su estructura, sus interacciones y las leyesque gobiernan las fuerzas que ejercen sus constituyentes. Lasinteracciones de los núcleos están enraizadas en las de laspartículas elementales, los quarks y los gluones, los cualesconstituyen la materia nuclear. No obstante, algunas fuerzasdinámicas adicionales, cuya existencia se conoce desde hacetiempo, no pueden entenderse únicamente a base de partículaselementales. Una situación similar tiene lugar en el caso de algunasinteracciones cooperativas, que se sabe existen en los materialesmacroscópicos y que no son identificables en los núcleos o átomos.Los problemas básicos con que se enfrenta actualmente la físicanuclear cubren un amplio espectro que incluye a las fuerzaselectrodébil y fuerte, y, al mismo tiempo, abarcan propiedades delmundo físico que van desde la escala microscópica de las fuerzasnucleares a las estructuras a gran escala del Universo. La físicanuclear además de jugar un papel importante en el campo de laastrofísica y de la cosmología, trata aspectos de la interacción oríasfundamentales y simetrías.La comprensión actual de la estructura y de la dinámica nuclearcontinúa evolucionando. Ya han aparecido nuevos modos simples6Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)de excitación, nuevas simetrías, y se están descubriendo fenómenoscompletamente desconocidos.En la década de los 70, por ejemplo, se descubrieron varios modosde vibración de los núcleos gracias a la utilización de la técnica dela dispersión inelástica por núcleos blancos de partículas cargadas.Una de estas vibraciones, la monopolar gigante, es particularmentesignificativa debido a su relación directa con la compresibilidad dela materia nuclear, la cual no había sido medida hasta la fecha. Enestudios similares que utilizaban piones como proyectiles, se desempeñados por los protones y neutrones en las vibracionesnucleares, así como la de los estados excitados denominados deltas.El empleo de núcleos en la dispersión de electrones de alta energíaha revelado detalles sin precedentes de la estructura nuclear, nosólo en términos de nucleones, sino también de los mesonespresentes de los núcleos y, aunque en un grado más rudimentario,de los quarks que componen todas estas partículas. Tales estudiosconstituyen una de las fronteras más importantes de la físicanuclear actual.En el extremo opuesto del tamaño de los proyectiles, los ionespesados se emplean cada vez más debido a su versatilidad comosondas de la dinámica nuclear. Su impacto masivo sobre el yparacomprender los diferentes tipos de movimientos de los nucleones enel interior del núcleo. Las colisiones de los iones pesados también7Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)han sido indispensables para producir muchas especies nuclearesexóticas, incluyendo cuatro nuevos elementos químicos (del número106 al número 109) descubiertos durante la década de los 80.Es necesario destacar que prácticamente toda la investigación quese ha realizado en física nuclear hasta la fecha, sólo ha podido serefectuada dentro del limitado campo que ofrecen las ormales.Laexploración del vasto campo de la física de los núcleos a altatemperatura y alta densidad está empezando a ser estudiadagracias al uso de proyectiles formados por iones pesados que poseenenergías relativistas. Esta es otra de las grandes fronteras delcampo científico.Continua e inevitablemente surgen nuevos problemas que ponen aprueba la comprensión actual de la física nuclear. Por ejemplo,aunque es posible explicar ciertos fenómenos nucleares en términosde la presencia de mesones (junto con protones y neutrones) en elinterior del núcleo, todavía no se han podido resolver lascorrespondientes ecuaciones de la cromodinámica cuántica (elcampo de la teoría cuántica que se cree gobierna la manera ctosmencionados.Los esfuerzos que se realizan actualmente para resolver esteproblema son particularmente importantes puesto que proporcionanuna visión mucho más profunda acerca de una de las fuerzasfundamentales de la naturaleza, la denominada fuerza fuerte. Esmás, el núcleo es un laboratorio único que está preparado para8Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)investigar las relaciones existentes entre las fuerzas fundamentales,así como sobre los principios de simetría subyacentes a losfenómenos físicos. Su papel clave para modelar la visión que seposee del Cosmos es evidente en el campo de la astrofísica nuclear,la cual proporciona información vital para comprender el origen y laevolución de las estrellas y del propio Universo. En la Tierra,mientras tanto, la medicina nuclear (incluyendo el desarrollo yutilización de radioisótopos y haces de partículas aceleradasespecíficamente diseñados para el diagnóstico y procedimientosterapéuticos), la energía nuclear (fisión y fusión), la modificación yanálisis de materiales (por ejemplo, la implantación de iones y lafabricación de microcircuitos semiconductores), los trazadoresradiactivos (utilizados en disciplinas científicas que van desde lageofísica a la medicina física), así como muchas aplicacionesindustriales rutinarias (incluyendo, por ejemplo, los cortes nyendurecimiento de moldes mediante la implantación de iones parareducir el desgaste) e incluso el análisis de los objetos de arte,constituyen sólo unos cuantos ejemplos de cómo los frutos de lainvestigación nuclear han encontrado una multitud de aplicacionesútiles y, a menudo, sorprendentes en otras ciencias fundamentalesy en tecnologías modernas, muchas de las cuales tienen un impactodirecto y significativo en la sociedad.Una buena parte de este trabajo de investigación ha sido realizadocon aceleradores de partículas de varios tipos. Algunos estudios9Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)requieren grandes equipos de investigadores y aceleradores de oriosnacionales, mientras que otros, de baja energía, continúan siendorealizados por universidades —típicamente por un profesor y variosestudiantes de doctorado— que utilizan aceleradores más pequeñoso equipos a escala de laboratorio. Ambos producen avancesimportantes en física nuclear.Este amplio abanico de necesidades en medios y recursos humanoses una de las características de la física nuclear. Mantener elequilibrio adecuado entre los programas de investigación de gruposgrandes y pequeños es esencial para el progreso global de ntrelainvestigación experimental y teórica, así como la disponibilidad arprogramas adecuados.Los avances más importantes de la física nuclear durante la décadade los 80 y las interesantes perspectivas para su futuro —así comoalgunas de las miles de maneras en que la física nuclear influye enotras ciencias y en toda la sociedad— constituyen el objetivo de esteinforme.§. Recomendaciones para el futuro de la física nuclearAl formular las recomendaciones para el futuro de la física nuclear,tal como se presentan más adelante, el Comité de Física echasinteracciones entre sus miembros y los participantes en el Taller de10Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)Planificación a Largo Alcance de 1983 (1983 Long Range PlanningWorkshop) de la Comisión Asesora sobre Ciencia Nuclear (NuclearScience Advisory Committee: NSAC) del Departamento de Energía delos Estados Unidos y de la Fundación Nacional para la Ciencia(National Science Foundation).Los aceleradores son la herramienta básica en la investigación de lafísica nuclear. La planificación, diseño y construcción de excelentesaceleradores y de aparatos adicionales de experimentación es cadavez más importante para la comunidad de físicos nucleares. Losdiseños deben estar optimizados para permitir la realización deaquellos programas que tengan mayor probabilidad de producirnuevos resultados en áreas críticas de investigación y de satisfacerlas necesidades del mayor número posible de usuarios. Actualmenteexisten dos grandes aceleradores, de naturaleza complementaria,cuya construcción ha sido recomendada por el NSAC.§. El acelerador continuo de haces de electronesEn abril de 1983, el NSAC recomendó la construcción de unconjunto formado por un acelerador lineal y un anillo dealmacenamiento de 4 GeV de actividad continua, ity»(CEBAF),apropuesta de la Asociación de Investigación de las Universidades delSureste. La financiación para la investigación y desarrollo de estamáquina empezó en 1984, y la financiación para su construcción en1987. El coste total previsto del acelerador es de 225 millones de11Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)dólares, en el que están incluidos 40 millones de dólares para elequipo experimental inicial.Uno de los principales objetivos de la investigación en física aspectosmicroscópicos quark-gluon de la materia nuclear (el régimen dealtas energías, elevadas transferencias de momento y pequeñasdistancias), mediante el uso de haces de electrones que sondearán,con la precisión de un cirujano, la dinámica detallada de laspartículas en un núcleo determinado. No obstante, la investigaciónde los aspectos barión-mesón de la materia nuclear (el régimen debajas energías, bajas transferencias de momento y mayoresdistancias) también serán de gran importancia. En particular, suvalor resultará inapreciable a la hora de estudiar la naturaleza delas transiciones desde la región de baja energía de las interaccionesnucleón- nucleón (descrita mediante modelos de estructura nuclearformados por partículas independientes) hasta el régimen deenergías intermedias de las resonancias bariónicas y corrientes deintercambio de mesones (descritas por la teoría cuántica de camposde las interacciones hadrónicas en los núcleos) y al régimen de aelectrodinámica cuántica).Para llevar a cabo estos y otros estudios es necesario un haz deenergía variable (desde 0,5 a 4 GeV) del CEBAF. También esnecesario su factor de actividad del 100% operación continua, demanera que puedan efectuarse medidas de coincidencia, las cualesson vitales para seleccionar los canales particulares y las variables12Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)objetos de estudio. Por lo tanto, las capacidades únicas del CEBAFproporcionarán oportunidades sin precedentes para examinar deforma muy detallada los diferentes niveles de la estructura de lamateria nuclear.§. La segunda iniciativa prioritaria: El colisionador nuclearrelativistaEn el Plan de Largo Alcance de 1983 del NSAC (A Long Range Planfor Nuclear Science: A Report by the DOE/NSF Nuclear ndalaconstrucción de un acelerador colisionador de haces de ionespesados relativistas de energía variable. Una máquina de estascaracterísticas está considerada por el NSAC como el siguienteproyecto de más alta prioridad después de la construcción delCEBAF. El proyecto hace referencia a un colisionador de unaenergía de unos 30 GeV por nucleón en cada haz; su coste totalestimado sería de unos 250 millones de dólares aproximadamente(en dólares de 1983).La imperiosa necesidad de un acelerador de estas característicasproviene de una de las predicciones más importantes de la cromodinámica cuántica, la cual sostiene que, bajo temperaturas ydensidades suficientemente altas, se producirá una transición desdela materia hadrónica excitada a un plasma de quarks y gluones, enel que los quarks, antiquarks y gluones que componen los emoverselibremente. Se cree que el plasma de quarks y gluones debió existir13Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)durante los primeros microsegundos después de la gran explosión, yque todavía puede estar presente en el núcleo de las estrellas deneutrones, aunque nunca ha sido observado desde la Tierra. Suproducción en el laboratorio sería, por lo tanto, un logro científicode valor incalculable que reuniría elementos de física nuclear, físicade partículas, astrofísica y producirlascondiciones necesarias para conseguir el desconfinamiento de losquarks consiste en provocar la colisión frontal de núcleos muypesados que posean energías relativistas, produciendo de esta formaenormes temperaturas y densidades nucleares dentro del volumenrelativamente grande de dos núcleos. La capacidad de los quarks ygluones para moverse dentro de este volumen permitiría comprobaraspectos fundamentales de la cromodinámica cuántica a grandesdistancias ya que se cree que pueden observarse algunos rasgosexóticos de los quarks desconfinados, tales como la producción demuchas partículas «extrañas» y antibariones.Además de los experimentos basados en la colisión de haces, elempleo del colisionador relativista nuclear (RNC) en la modalidad deblanco fijo y energía variable permitiría realizar una gran variedadde importantes programas de investigación en física nuclear de altaenergía, astrofísica nuclear y física atómica. Entre estos destacadosestudios, se encontrarían aquellos encaminados a obtener mayorinformación sobre un tema de fundamental importancia como es laecuación de estado de la materia nuclear a alta densidad ytemperatura.14Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)El Comité apoya el proyecto del Plan de Largo Alcance de 1983 delNSAC para que se planifique la construcción de este acelerador, quedebería empezar tan pronto como fuera posible, manteniendo lacompatibilidad con la construcción del acelerador de electrones de 4GeV mencionado anteriormente. En torno al tema de la financiaciónen este tipo de proyectos sería recomendable un incremento de losfondos de explotación destinados a la física nuclear, con el objeto deque sean suficientes, no sólo para mantener la investigación einvestigación que se efectúen con las nuevas instalaciones.§. Instalaciones para objetivos adicionalesLos problemas más acuciantes con los que habitualmente seenfrenta la física nuclear (incluyendo la astrofísica nuclear) apuntanhacia un cierto número de importantes objetivos científicos queestán más allá del alcance de las instalaciones experimentalesexistentes o en construcción. Muchos de estos objetivos podríanalcanzarse si se llevaran a cabo unas cuantas mejoras de los mediosexistentes que proporcionan la capacidad de investigación. Lasdecisiones concernientes a las prioridades relativas en torno adichas mejoras (de las que una buena parte está tratada en elpresente informe) deberían tomarse más adelante, en el momentoadecuado.Debe señalarse que una parte importante de estos objetivoscientíficos podrían quedar cubiertos mediante la construcción de ungran acelerador multiusuario, que incluyera un sincrotrón capaz de15Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)producir haces de protones muy intensos a energías superiores alas decenas de GeV, seguido de un anillo de almacenamiento quemantuviera una fuente casi continua de protones capaz de producirhacessecundariosde piones,kaones,muones,neutrinosyantinucleones. Por lo general, las intensidades de estos hacesdeberían ser 50 o 100 veces mayores que las conseguidas encualquier otro lugar, permitiendo de esta forma una mejorasustancial de la precisión y sensibilidad de una amplia clase deexperimentos situados en la frontera que separa la física nuclear yla física de partículas.Aunque la financiación de un acelerador de estas características noha sido proyectada por el NSAC debido al compromiso adquirido conlos aceleradores de electrones y de iones pesados mencionados másarriba, su construcción es una opción importante a considerar en squeproporcionaría su utilización.§. Instrumentación nuclearLa financiación continua y adecuada de la instrumentación de lafísica nuclear constituye un serio problema. El Plan de LargoAlcance de 1983 del NSAC hace notar que la cantidad gastada en lainvestigación de la física nuclear básica respecto al ProductoNacional Bruto por Estados Unidos es inferior a la mitad del queinvierte Europa Occidental o Canadá. Los efectos de esta disparidadpueden verse fácilmente en la calidad y sofisticación de lainstrumentación europea, la cual, en muchos casos, sobrepasa de16Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)lejos a la que se encuentra en las universidades y los laboratoriosestadounidenses. Por lo tanto, se considera esencial un aumento dela financiación dedicada a la construcción de instrumentos, tantoen las instalaciones grandes como pequeñas.§. Teoría nuclearCuanto mayor es la conexión entre la teoría y la experimentación, ycuanto mayor es el equilibrio entre ambas, mayor es su eficacia a lahora de sintetizar un cuerpo de conocimientos coherente. A pesar deque el Plan de Largo Alcance de 1979 del NSAC subrayó lanecesidad de un aumento en el apoyo a la teoría nuclear, unacomparación entre el presupuesto federal de 1984 y el de 1979 parala física nuclear muestra que, durante estos 5 años, la financiaciónde la teoría nuclear ha permanecido constante con respecto al total(el 5,8% frente al 6% de 1979). Por lo tanto, todavía existe una claranecesidad de un incremento relativo sustancial en la financiación dela teoría nuclear, especialmente a la vista de los nuevos retos queestán apareciendo en física nuclear.El progreso en la investigación teórica general depende de la mejorasustancial de instalaciones de cálculo de primera categoría. Losextensos cálculos en que se basan los complejos modelos quedescriben los experimentos actuales requieren de grandes memoriasy de una gran rapidez de cálculo por parte de los computadores declase VI. El acceso de los teóricos nucleares a una fracciónimportante del tiempo disponible de un computador central de clase17Preparado por Patricio Barros
Física opodría,Academia de Ciencias (USA)inicialmente,satisfacerestasnecesidades.§. Investigación y desarrollo de aceleradoresLa investigación y desarrollo de aceleradores continúa siendo vitalpara el progreso de nuevas instalaciones avanzadas, por lo ecnologías importantes que merecen este apoyo se encuentran losmateriales superconductores destinados a diversas estructuras delos aceleradores (incluyendo los generadores del campo magnéticoprincipal), los preaceleradores cuadrupolares de radiofrecuenciapara los iones de baja velocidad, los «refrigeradores» para reducir ladispersión energética de los haces de partículas aceleradas, loshaces de núcleos radiactivos de vida corta con las intensidadesadecuadas para los experimentos de física nuclear y astrofísica, yuna gran variedad de avanzadas fuentes de iones.§. Formación de nuevos científicosLa física nuclear es una de las ciencias más fundamentales. Laaplicación de sus principios y técnicas son vitales para elconocimiento de áreas de interés nacional tales como las técnicasenergéticas, defensa, salud, control ambiental y tecnología demateriales. Para satisfacer estas necesidades y continuar laexploración de los objetivos científicos básicos de la física nuclear esesencial la presencia de jóvenes científicos en las universidades.18Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)La comisión está preocupada por la continua disminución delnúmero de estudiantes que siguen cursos de doctorado de física, engeneral, y de física nuclear en particular. Esta disminución tienevarias causas cuyo remedio se encuentra, en gran medida, en eldecidido apoyo a la enseñanza de la física nuclear —desde lalicenciatura hasta el doctorado— por parte del gobierno del país encuestión.§. Isótopos estables enriquecidosEl Calutrón, instalado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, esla fuente estadounidense más importante de isótopos estables, loscuales son utilizados tanto para la investigación científica comopara la producción de los isótopos radiactivos necesarios para lainvestigación biomédica y la medicina clínica. Actualmente existenagudas deficiencias de isótopos estables, que, añadidas a unafinanciación claramente insuficiente, permiten prever un rápidodeterioro del suministro.El empeoramiento de este déficit tendría consecuencias desastrosasen muchas áreas de la investigación científica así como en lamedicina clínica, donde los isótopos estables son herramientasindispensables. Por lo tanto, resulta prioritario renovar las reservasde isótopos separados antes de que se paralice una parteimportante de la investigación nuclear. Para asegurar la solucióndel problema, deben continuarse las acciones correctivas, tanto porparte de las comunidades científicas afectadas como por parte delas agencias de financiación.19Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)§. Recopilación de datos nuclearesDurante más de 40 años, los recopiladores y evaluadores de losavances en la ciencia han intentado mantener a los científicosinformados con detalle de los datos nucleares que se ibanadquiriendo. Sin embargo, las recopilaciones han empezado aquedar retrasadas debido a los rápidos avances experimentales delos últimos decenios. Debido a que los costes de este programa sonrelativamente pequeños, un modesto incremento de los fondosaumentaría enormemente la capacidad de mantenimiento lapuntualpublicación de estos resultados en los diversos formatos requeridospor los físicos nucleares y por los usuarios de las aplicaciones de losisótopos radiactivos.20Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)Capítulo 1Introducción a la física nuclearContenido:§. El núcleo atómico§. El problema nuclear de muchos cuerpos§. Las fuerzas fundamentales§. Las partículas elementales§. Leyes de conservación y simetrías§. Aceleradores y detectoresTodos los fenómenos del Universo surgen de la acción de sólo tresfuerzas fundamentales: la gravitación, la menos familiar fuerzafuerte y la fuerza electrodébil. El complejo juego de estas dos últimasfuerzas define la estructura de la materia y en ningún lugar son tanevidentes las millares de manifestaciones de este conjunto defuerzas que en el núcleo atómico. La mayor parte de la materia delUniverso se manifiesta en forma de núcleos ordenados de diferentesformas. Dentro de los núcleos corrientes, la débil atraccióngravitatoria que ejercen entre sí las partículas que los constituyenestá dominada por la incomparablemente más intensa ,queconstituyen extraños objetos astrofísicos cuyas propiedades gravitatorios son muy grandes.21Preparado por Patricio Barros
Física nuclearwww.librosmaravillosos.comAcademia de Ciencias (USA)Los estudios del núcleo pueden ser considerados como la conexiónentre el mundo infinitesimal y el astronómico. En general, losdiferentes núcleos pueden ser comparados a un laboratorio parainvestigar las fuerzas fundamentales que han gobernado el Universodesde su origen en la gran explosión. En realidad, tal como ilustra elpresente informe, el estudio de la física nuclear está cada vez másconectado con el de la cosmología y el de la física de partículaselementales.Antes de iniciar el estudio del tema en cuestión, puede resultar útilrevisar rápidamente el campo de la física nuclear a un nivelelemental con el objeto de aprender su lenguaje. Aunque la físicanuclear tiene fama de ser un tema difícil, los conceptos básicos sonrelativamente cortos y sencillos.§. El núcleo atómicoEl núcleo atómico es un objeto extremadamente denso de formaesférica constituido por protones y neutrones empaquetados muyjuntos (v. fig. 1-1). Los protones y neutrones reciben el nombrecolectivo de nucleones, y durante muchos años se creyó que nte,estaspartículas no son elementales, ya que poseen una estructurainterna formada por partículas más pequeñas además de lasexistentes en el núcleo. (Estos aspectos del núcleo se detallan másadelante.) Los protones y los neutrones son muy similares ya renciaimportante, no obstante, se encuentra en su carga eléctrica: los22Preparado por Patricio Barros
Física
Los avances más importantes de la física nuclear durante la década de los 80 y las interesantes perspectivas para su futuro —así como algunas de las miles de maneras en que la física nuclear influye en otras ciencias y en toda la sociedad— constituyen el objetivo de este informe. §. Recomendaciones para el futuro de la física nuclear
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