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Glosario

Acelerador lineal: un acelerador de partículas cargadas en el que las partículas son aceleradas mediante impulsos a lo largo de un tubo de vacío mediante la campos eléctricos oscilatorios.

Antimateria: materia formada por antipartículas.

Antipartículas: tipo de partículas subatómicas que son la imagen especular de una partícula original, y en la que algunas de sus propiedades están invertidas. Por ejemplo, el antiprotón tiene la misma masa que el protón pero carga negativa. Cuando una partícula se encuentra con su partícula ambas se aniquilan mutuamente produciendo energía. De toma análoga, se pueden crear pares de partícula-antipartícula a partir de energía. El antielectrón, también conocido como positrón , tiene una carga positiva de la misma magnitud que la carga negativa del electrón .

Bariones: son hadrones formados por tres quarks. Los bariones más ligeros son los protones y los neutrones. Otros hadrones más pesados, por ejemplo las partículas delta, son inestables. Los bariones y los mesones (formados por un quark y su antiquark) forman los dos tipos de hadrones.

Cámara de burbujas: dispositivo que muestra las trayectorias de partículas cargadas (altamente ionizante) cuando atraviesan un líquido 'supersaturado'. En algunos casos, por ejemplo en el hidrógeno líquido, puede calentarse por encima de su punto de ebullición. Una partícula cargada que atravesase este líquido supersaturado dejaría una serie de burbujas en aquellos puntos en los que las partículas ionizan el líquido.

Cámara de niebla: dispositivo que muestra las trayectorias de partículas cargadas (altamente ionizante) cuando atraviesan vapor de agua 'saturado'. La cantidad de vapor de agua en el aire está limitada, pero bajo determinadas circunstancias este límite puede superarse. Cuando una partícula cargada atraviesa este vapor 'saturado' deja una serie de gotitas en los puntos en los que la partícula ioniza el vapor.

Captura electrónica: proceso en el cual un electrón se combina con un protón dentro de un núcleo, produciéndose un neutrón y un neutrino.

Centelleador: un detector de radiación en el que se detecta y se mide la luz procedente de centelleo con fotomultiplicadores.

Centelleo: el fogonazo de luz que se produce cuando una partícula nuclear o un rayo gamma inciden sobre ciertas substancias.

Ciclotrón: es un acelerador de partículas cargadas en el cual las partículas siguen una orbita espiral en vacío guiadas por campos magnéticos. Diferencias de potencial consecutivas (campos eléctricos) aceleran estas partículas.

Defecto de masa: diferencia entre la masa de un núcleo y la suma de las masas de todos sus nucleones cuando éstos están libres. Notar que la masa total en reposo de los productos de desintegración es más pequeña que la masa en reposo del núcleo; esto se llama a veces decremento de masa.

Deformación oblata: La deformación de una esfera que se logra apretándola al mismo tiempo en puntos opuestos. La Tierra es ligeramente achatada: está un poco aplastada en los polos lo que hace que el ecuador sea un poco más largo de lo que sería si la Tierra fuera una esfera perfecta.

Deformación prolata: La deformación de una esfera en la forma de un "balón de rugby" o `fútbol americano". Esto se puede lograr con un globo, por ejemplo, tirando de dos puntos opuestos de su superficie.

Desintegración beta: es el proceso, gobernado por la interacción débil, por el cual los protones se transforman en neutrones y viceversa. Cuando un neutrón se desintegra beta, se emiten un electrón y un antineutrino. Un neutrón libre puede desintegrarse beta porque su masa es mayor que la masa del electrón y del protón en el que se transforma. En el caso del protón, la desintegración beta sólo es posible cuando éste forma parte de un núcleo con exceso de energía, es decir cuya masa es mayor que la del núcleo y el positrón que se emiten tras la desintegración, esto ocurre para núcleos que presentan un exceso de protones.

Detector de silicio: modernos detectores de partículas cargadas que basan su funcionamiento en que el paso de dichas partículas por el detector genera señales eléctricas. Estos detectores permiten la medida precisa de la energía y dirección de la trayectoria de las partículas producidas en las reacciones nucleares.

Diagrama de Segrè: un diagrama en el que los núcleos están distribuidos (normalmente) de acuerdo con su número de protones en el eje vertical y su número de neutrones en el horizontal. Cada cuadricula de este diagrama, con valores de N y Z dados, contiene información relevante del núcleo en cuestión tal como su esquema de desintegración.

Difracción: propiedad de todas las ondas, por la cual se dispersan cuando encuentran un obstáculo. La dispersión dependerá de la frecuencia de la onda y del tamaño del obstáculo.

Dualidad onda - corpúsculo: El concepto cuántico mediante el cual tanto la materia como la radiación deben ser considerados en su nivel más fundamental ya que a veces tiene propiedades de onda y a veces propiedades de partículas. Por ejemplo, los electrones y los fotones se comportan a veces como partículas y a veces como ondas.

Efecto túnel (cuántico): la mecánica cuántica permite que las partículas aparezcan al otro lado de una barrera de potencial aunque no tengan la suficiente energía para traspasarla (al contrario de lo que ocurriría de acuerdo con la física clásica). El "efecto túnel cuántico" está presente en la desintegración alfa, y permite la fusión de núcleos ligeros en las estrellas, haciendo que estrellas como el Sol brillen durante miles de millones de años.

Electrón: la primera partícula elemental que se descubrió. Pertenece a la clase de partículas conocidas como leptones. Los electrones son partículas muy ligeras con carga negativa y son los constituyentes de los átomos fuera del núcleo. Los electrones tienen una masa de 9 x 10-31 kg, alrededor de 1/2000 veces la masa del átomo más ligero, el átomo de hidrógeno. Tienen tamaño nulo y por lo tanto se consideran `partículas puntuales'. Son los portadores de la electricidad en los metales.

Espalación: cuando un protón u otro proyectil de muy alta energía golpea un núcleo, es muy probable que lo haga añicos produciendo un montón de núcleos más ligeros. Se piensa que núcleos como el de 6Li se han producido en reacciones de espalación en el espacio interestelar.

Espectro: representación que muestra como se distribuye la intensidad (o brillo) de la radiación electromagnética de una fuente dada en función de la longitud de onda. También se refiere a la banda de colores que vemos cuando la luz u otro tipo de radiación se separa de acuerdo a la frecuencia (o longitud de onda); el ejemplo más familiar es el espectro de "arcoiris" que forma la luz visible.

Espectrómetro: instrumento que separa la radiación en sus distintas longitudes de onda (o frecuencias). Puesto que cada núcleo o cada átomo concreto radian longitudes de onda características, un espectrómetro nos permite identificar que átomos o núcleos están presentes en una muestra. Además, el patrón de las longitudes de onda nos proporciona información vital sobre el átomo o núcleo desde el que se ha emitido.

Estado excitado: cualquier nivel de energía de un núcleo u otro sistema cuántico por encima de su estado fundamental.

Estado fundamental: el nivel más bajo de energía de un núcleo u otro sistema cuántico.

Estrella de neutrones: Resto compacto procedente de la muerte de una estrella gigante en una explosión de supernova. Tiene la misma densidad que un núcleo. Muchos de los experimentos actuales están dirigidos a la comprensión de las propiedades de la materia nuclear a altas presiones con el fin de entender las estrellas de neutrones.

Fisión espontánea: proceso por el cual un núcleo pesado se divide aproximadamente en dos fragmentos ligeros similares. Este es un tipo de desintegración radiactiva y tiene lugar sin que el núcleo tenga que absorber neutrones como ocurre en el combustible en un reactor nuclear.

Fisión: el proceso mediante el cual un núcleo pesado se divide en dos núcleos más ligeros, de tamaños parecidos entre sí, liberando la energía encerrada en su interior. Por lo general, la fisión tiene lugar después de estimular los núcleos por absorción de un neutrones, pero también existe la fisión espontánea. La fisión es el proceso que produce la energía nuclear mediante reacciones en cadena controladas.

Fotomultiplicador: detector de fotones muy sensible, capaz de medir la energía de un pulso muy débil de luz. Forma parte de un detector de centelleo para la medición de rayos gamma. El pulso de luz se genera como un centelleo.

Fotón: una sola partícula de luz. Einstein propuso en 1905 que la luz constaba de paquetes o cuantos de luz para poder explicar el efecto fotoeléctrico, por el cual la luz arranca electrones de la superficie de un metal. Junto con el trabajo de Max Planck, esto marcó el comienzo de la vieja teoría cuántica en la que se considera la luz que está compuesta de partes discretas. Más adelante, se vio que estos paquetes de energía de la luz tenían las mismas características que las partículas, como las que aparecen en un solo punto en los detectores, y se denominaron fotones.

Frecuencia: número de vibraciones de un sistema oscilante por unidad de tiempo. Para el caso de las olas, es el número de crestas de las olas que pasan por un punto fijo por unidad de tiempo. En el sistema internacional de unidades se mide en Hertz (= ciclos por segundo).

Fusión: el proceso nuclear mediante el cual dos núcleos ligeros, superando la repulsión eléctrica mutua (Coulomb), se unen o fusionan. Esto va acompañado de la liberación de una gran cantidad de energía y es la fuente de energía en el Sol y otras estrellas. Se espera que la fusión será un día aprovechada por la humanidad como fuente de energía en la Tierra.

Gluón: partícula sin masa, nunca vista aislada fuera de los hadrones, que genera la atracción que une a los quarks dentro de los hadrones.

Hadrón: toda partícula que interactúa mediante la fuerza nuclear fuerte. Los hadrones se componen de quarks; los protones y neutrones son hadrones, al igual que los mesones.

Interferencia: Una propiedad de las ondas mediante la cual dos ondas se superponen entre sí para producir un patrón de picos (cuando dos crestas de las ondas se encuentran y se combinan) y valles (cuando la cresta de una onda coincide con la depresión de onda y la cancela). El patrón de luz y oscuridad resultante permite permite estudiar tanto las ondas incidentes como el sistema en el que la interferencia se lleva a cabo.

Ión: Un átomo o molécula que ya no es eléctricamente neutro, por lo general debido a que uno o más electrones se han eliminado, aunque el término también se aplicar a un átomo con un electrón extra (ión negativo).

Ionizar: El proceso de "arrancar" electrones de átomos o moléculas de modo que ya no sean eléctricamente neutros. La radiaciones alfa, beta y gamma ionizan los átomos de la materia con la que interactúan.

Isóbaro: Núcleos con diferente número de protones y neutrones, pero el mismo número total de protones y neutrones, es decir, el mismo número de masa atómica (A).

Isómero: Un núcleo que está en un estado excitado de vida media larga (llamado estado isomérico o estado metaestable). Algunos núcleos pueden permanecer en tales estados excitados debido a ciertas propiedades cuánticas que tienen que les prohíben de decaer a un nivel de energía inferior emitiendo rayos gamma.

Isótonos: Núcleos con el mismo número de neutrones pero número diferente de protones.

Isotópico (Corrimiento): el espectro óptico de un átomo depende esencialmente de los electrones fuera del núcleo, pero el tamaño del núcleo tiene un efecto pequeño pero visible. Esto quiere decir que podemos estimar el tamaño del núcleo mediante la medida precisa de los espectros ópticos del átomo correspondiente. Esto es muy útil en el caso de núcleos que viven durante un tiempo demasiado corto como para realizar medidas basadas en la dispersión de electrones.

Isótopo: Todos los núcleos de un elemento particular (que tienen el mismo número de protones) pero con diferente número de neutrones se conocen como isótopos de ese elemento. Así, 12C y 14C son diferentes isótopos de carbono.

Leptones: Uno de los dos tipos de partículas elementales de la naturaleza. Incluye las partículas electrón, muón y tau, junto con sus correspondientes neutrinos.

Líneas de estabilidad: son los límites de la carta de Segrè a partir de los cuales los núcleos no pueden existir (como sistemas ligados). La traducción directa del inglés (línea de goteo) se debe a que cualquier nucleón que trate de unirse al núcleo no lo conseguirá y 'goteará'.

Longitud de onda: Distancia entre dos crestas consecutivas (o canales) de una onda. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda. Para la radiación electromagnética, la longitud de onda es igual a la velocidad de la luz dividida por la frecuencia.

Materia nuclear: en términos generales, la 'sustancia' de los núcleos. Debido a que la materia nuclear es incompresible, la densidad de protones y neutrones en el centro de los núcleos es la misma para todos ellos excepto los muy ligeros. Por la misma razón, las estrellas de neutrones tienen la misma densidad que la encontrada en el centro de los núcleos.

Mecánica cuántica: El conjunto de leyes físicas que gobiernan el comportamiento del mundo subatómico. Empezó con las ideas de Max Planck y Albert Einstein al comienzo del siglo XX para convertirse en una teoría matemática completa en la mitad de la década de 1920 de la mano de Niels Bohr, Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg. Otros físicos como Paul Dirac, Max Born y Wolfgang Pauli también contribuyeron de forma significativa. Aunque la mecánica cuántica es la teoría con más éxitos en ciencia, siendo la base de la física, química, electrónica y ciencia de materiales moderna, sus predicciones resultan todavía extrañas y anti-intuitivas especialmente cuando se consideran por primera vez.

Mesón: partícula subatómica que puede ser considerada como la portadora de la fuerza nuclear fuerte entre los nucleones en los núcleos. Hay varios tipos de mesones; pueden tener carga eléctrica positiva o negativa o ser neutros. Actualmente se sabe que los mesones están, como los nucleones, compuestos de quarks. Pero a diferencia de los últimos, que constan de tres quarks, los mesones contienen un quark y un antiquark.

Neutrino: partícula muy ligera emitida en la desintegración beta. Su nombre significa 'la pequeña neutral' y hasta hace poco se pensaba que no tenía masa nula (como el fotón). Actualmente se sabe que hay tres tipos de neutrinos, junto con sus antipartículas correspondiente. El más ligero de éstos es el que se emite por los núcleos.

Neutrón: El otro componente, junto con los protones, de los núcleos. Tiene una masa ligeramente superior que el protón y es eléctricamente neutro. Los neutrones no pueden sobrevivir mucho tiempo fuera de los límites del núcleo donde decaen por desintegración beta (es decir, se convierten en protones y antineutrinos) en unos diez minutos.

Niveles de energía: valores de energía discretos (cuantificados) permitidos, que un núcleo puede tener. Cada tipo de núcleo tiene un patrón único de niveles de energía. Los átomos y las moléculas también tienen patrones únicos de niveles de energía.

Nucleido: núcleo de un determinado número de protones y neutrones. Hay alrededor de 7000 diferentes nucleidos posibles, pero sólo varios cientos de ellos son estables.

Núcleo con halo: un cierto tipo de núcleo exótico, descubierto a mediados de la década de 1980, que tiene muchos más neutrones que el isótopo estable de ese elemento. Esto a veces se traduce en que el o los dos neutrones más alejados del centro están muy débilmente ligados al resto de los nucleones y por tanto pueden encontrarse durante mucho tiempo más allá del rango de la fuerza nuclear fuerte que los une al resto del núcleo. Estos núcleos son muy inestables y sólo existen debido a reglas peculiares de la mecánica cuántica. Ejemplos de núcleos con halo de un neutrón son 11Be y 12C. Los núcleos con halo de dos neutrones tienden a ser núcleos de borromeanos. También existen núcleos con halos de protones (tales como 8B), pero en ese caso la repulsión entre la carga positiva del protón y el resto del núcleo implica que el protón no puede desviarse muy lejos, ya que se desprendería. Así, los halos de protones tienden a ser más pequeños que los halos de neutrones.

Nucleón: término general para denominar a un protón o un neutrón.

Núcleos borromeanos: son un tipo de núcleos inestables formados por tres subsistemas: la parte central, conocida como corazón, y dos nucleones (normalmente neutrones) que se encuentran "flotando" a su alrededor. Estos tres subsistemas (corazón más dos nucleones) están muy débilmente ligados por la fuerza nuclear fuerte. Si cualquiera de estos subsistemas es "arrancado", la fuerza entre los otros dos no sería suficiente para mantenerlos ligados y se desintegrarían. Este comportamiento es único en la naturaleza. El término borromeano viene del campo de las matemáticas, de la teoría de nudos, en la que los anillos borromeanos están entrelazados de tal forma que cada uno de ellos sustenta a los otros dos. Ejemplos de núcleos borromeanos son el 6He, 11Li y el 14Be, también conocidos como núcleos con halo.

Núcleos superpesados: núcleos con Z mayores o iguales de 110.

Número atómico: símbolo Z, es el número de protones que tiene un núcleo. Coincide también con el número de electrones del átomo neutro correspondiente, ya que por balance de carga, la carga de los electrones en la corteza atómica debe contrarrestar la carga de los protones en el núcleo.

Número mágico: determinados números de protones o neutrones que proporcionan una mayor estabilidad a unos núcleos en comparación con vecinos. Para neutrones estos números son 2, 8, 20, 28, 50, 82 y 126. Son los mismos para los protones, excepto que no se conoce el núcleo con 126 protones.

Número másico: símbolo A, número total de protones y neutrones en el núcleo. A = N + Z, donde N es el número de neutrones y Z el de protones.

Partícula alfa: es el núcleo de un átomo de helio, contiene dos protones y dos neutrones. Es un núcleo muy estable. Estas partículas se emiten en el proceso conocido como desintegración alfa que ocurre para algunos núcleos pesados. Las partículas alfas se descubrieron antes de que los científicos supieran que estaban formadas por protones y neutrones. También puede decirse que son átomos de helio doblemente ionizados, i. e. átomos de helio sin sus dos electrones.

Partículas delta: esta partícula puede entenderse como un estado excitado del nucleón, con una masa ligeramente superior a éste.

Período de semidesintegración: el tiempo tras el cual la mitad de una gran colección de núcleos radiactivos idénticos habrá decaído.

Pión: El mesón más ligero, con una masa de poco más de una octava parte de la masa del nucleón.

Plasma de quarks y gluones: cuando la materia nuclear se somete a temperaturas y presiones enormes, como ocurre en las colisiones ultraenergéticas entre núcleos pesados, los nucleones pierden su entidad y los quarks y gluones que hay en su interior forman una especie de sopa. El universo paso rápidamente por una fase de plasma de quarks y gluones después del Big Bang que antecedió a la formación de protones y neutrones.

Positrón: La antipartícula del electrón. Tiene la misma masa que el electrón pero carga eléctrica opuesta (positiva). La radiación beta de los núcleos se compone de electrones o positrones más los antineutrinos o neutrinos respectivamente indetectables.

Principio de incertidumbre: Una de las ideas fundamentales de la teoría cuántica, la primera expresada por el físico alemán Werner Heisenberg, que establece que para cualquier objeto ciertos pares de propiedades, como la posición y el momento, no se puede conocer con precisión al mismo tiempo. Sin embargo, esta característica no es un resultado de la 'torpeza' inevitable de nuestro aparato de medición cuando se trata de objetos subatómicas, sino más bien es algo inherente a los objetos mismos.

Protón: Uno de los constituyentes de los núcleos y el único constituyente del núcleo más ligero, el hidrógeno. Tiene una carga positiva de la misma magnitud que la carga negativa de un electrón y una masa casi dos mil veces mayor que la de éste. Cada átomo neutro contiene el mismo número de protones en su núcleo que de electrones orbitando alrededor de él.

Quark: partículas que forman los protones, neutrones, mesones y otros hadrones. No pueden existir aisladas fuera de los hadrones. El protón esta formado por dos quarks "up",cada uno de ellos con carga positiva 2/3 la carga del electrón, y un quark "down", con carga negativa 1/3 de la carga de un electrón; el neutrón tiene dos quarks down y uno up, lo que le convierte en una partícula neutra eléctricamente.

Radiación electromagnética: cualquier radiación que consta de campos eléctricos y magnéticos automantenidos. Toda radiación electromagnética viaja en el vacío con la misma velocidad; la velocidad de la luz. La luz, las ondas de radio, la radiación ultravioleta, la gamma y la infrarroja son fundamentalmente lo mismo; sólo difieren en su frecuencia y longitud de onda (que son inversamente proporcionales entre sí). Todos sus diferentes efectos son consecuencia de la distinta de frecuencia y, por tanto, distinta energía de los fotones.

Rayo gamma: un fotón (partícula de radiación electromagnética) de alta energía, típicamente producido desde dentro de un núcleo atómico que se encuentra en un estado excitado inestable. Los rayos gamma también pueden ser absorbidos por núcleos en su estado fundamental, que pasan así a un estado excitado.

Rayos beta: es el antiguo nombre que se daba a los electrones, o positrones, emitidos por los núcleos en la desintegración beta.

Rayos X: Una forma de radiación electromagnética con longitudes de onda más cortas que la radiación ultravioleta pero más largas que los rayos gamma. Dado que la longitud de onda de la radiación está relacionada con la energía, esto significa que los fotones de rayos X son menos energéticos que los fotones de rayos gamma. Sin embargo, no hay una línea divisoria entre los dos. Los rayos X tienen longitudes de onda que oscilan entre unos 10 nanómetros hasta 10 picómetros.

Reacción en cadena: cuando un núcleo de uranio absorbe un neutrón se induce su fisión. En este proceso se emiten algunos neutrones. Estos pueden a su vez inducir la fisión en otros núcleos de uranio. Esto es una reacción en cadena para neutrones.

Sincrotrón: desarrollado a partir del ciclotrón pero para energías mucho mas altas, usa órbitas circulares en lugar de espirales. Los sincrotrones pueden acelerar partículas cargadas hasta casi la velocidad de la luz.

Supernova, tipo Ia y tipo II: una supernova es una explosión catastrófica de una estrella en la que emite durante un breve periodo de tiempo tanta radiación como todas las estrellas de su galaxia juntas. Las supernovas tipo Ia tienen lugar cuando la compañera de una enana blanca transfiere suficiente materia a la enana blanca para que esta exceda la masa máxima que puede tener. Las supernovas tipo II ocurren cuando se consume el combustible nuclear de una gigante roja. La presión de radiación de las reacciones nucleares no puede sostener la estrella y esta colapsa. Acto seguido rebota como consecuencia de la incompresibilidad de la materia nuclear, liberando una gran cantidad de energía, un enorme chorro de neutrinos y mucha materia hacia el espacio. Muchos de los elementos de los que nosotros y el sistema solar estamos hechos se produjeron en explosiones de supernova hace miles de millones de años.

Teoría de la relatividad: la teoría especial de la relatividad de Einstein se basa en dos ideas; (I) que la velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma, sin importarlo rápido que el observador se mueva con respecto a la fuente de luz, y, (II) las leyes de la física son las mismas sin importar lo rápido que se mueva el laboratorio con una velocidad constante. Una consecuencia de la teoría es que la masa m y la energía E son equivalentes, cumpliéndose que E=mc2.

Tokamak: aparato para producir la fusión nuclear en la Tierra. Está formado por una cámara de vacío con forma de toroide, junto con grandes imanes que mantienen los iones interaccionando en órbitas cerradas dentro de la cámara.

Unidad de masa atómica (uma): es la unidad convencional para expresar la masa de los núcleos. Es un doceavo de la masa de un átomo de carbono neutro, 12C. La masa de un núcleo en uma equivale aproximadamente al número másico de su núcleo.

Valle de estabilidad (nuclear): no todos los núcleos tienen la misma cantidad de energía por nucleón. Si organizamos todos los núcleos según sus valores de N y Z, como en un gráfico de Segrè, y trazamos una línea vertical desde la posición de cada núcleo, con longitud proporcional a la energía por nucleón, la parte superior de todas esas líneas formará una superficie que tiene la apariencia de un valle. Los núcleos estables serán los que se encuentran cerca de la parte inferior del valle. Los núcleos situados más arriba en dicho valle sufrirán transformaciones radiactivas, perdiendo energía y deslizándose por las laderas del valle.