¿Podemos ver/detectar cosas que no tienen electrones?

Question

Siempre que vemos una cosa el proceso que ocurre a nivel atómico es que los electrones de esa cosa absorben la energía de los paquetes y pasan a un estado superior y luego vuelven al estado de masa y emiten radiación.
Pero mi pregunta es ¿qué pasa si esas cosas no tienen electrones como $ H^+$ ¿hay alguna forma de detectarla (no mediante algún tipo de reacción química) y en caso afirmativo qué naturaleza de la luz puede explicarla perfectamente?

Answer 1

En general, la interacción de la materia con la luz está dominada por los electrones porque son más ligeros y esto hace que su acoplamiento con la luz sea más fuerte que el de los núcleos. Sin embargo, esto no significa que los núcleos no puedan interactuar con la luz: siguen siendo partículas cargadas eléctricamente y, en cierta medida, interactúan con la radiación electromagnética.

Por otra parte, su propuesta de tener un puro $\mathrm H^+$ muestra no es viable porque simplemente explotará. A presión y temperatura estándar, el hidrógeno atómico tiene una densidad de ${\sim}41\: \mu\mathrm{g /cm^3}$ Si tomamos un centímetro cúbico con esa densidad y le quitamos todos los electrones, tendremos una carga total de ${\sim}3.95\:\mathrm C$ en ese centímetro cúbico, y esto tendría una energía potencial electrostática de alrededor de 3,22 kilotones de TNT, lo que la sitúa justo por debajo de la bomba nuclear Little Boy - y esto es energía que se liberaría de forma inmediata y explosiva. Obviamente, se trata de un ejemplo extremo, pero en general es muy difícil acumular algo parecido a una cantidad macroscópica de materia verdaderamente cargada.

Sin embargo, aún se puede imaginar, por ejemplo, una muestra de hidrógeno antiprotónico (átomos de hidrógeno con los electrones sustituidos por antiprotones), en el que no hay electrones. (La muestra seguirá explotando, por supuesto, a unas 1,75 toneladas de TNT por centímetro cúbico a STP, pero es un experimento más razonable, ya que es algo más fácil ignorar la aniquilación materia-antimateria que olvidar que las cargas semejantes se repelen). En este caso, la muestra seguirá interactuando perfectamente con la luz: la respuesta global será más débil, debido a la mayor masa de cada partícula interactuante, pero sólo en una cantidad finita, y tanto los protones como los antiprotones contribuirán por igual a la respuesta.

Answer 2

Muchas formas de detectar la radiación de una sola partícula, cargada o no. Los contadores de centelleo pueden utilizar tubos fotomultiplicadores para detectar partículas individuales, protones individuales, neutrones, positrones, rayos gamma sin carga, etc. Depende de que tengan suficiente energía para ionizar el material utilizado para el centelleo.

De muchas otras formas, por ejemplo, una versión modificada de la resonancia magnética puede detectar protones individuales. También existen métodos para detectar partículas de baja energía, incluso neutrinos de baja energía sin carga que son difíciles de detectar. Véase, por ejemplo http://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.nucl.46.1.471?journalCode=nucl

Lo que es difícil de detectar son las partículas que tienen interacciones más débiles con la materia o los campos. Los neutrinos son difíciles de detectar porque sólo interactúan mediante interacciones débiles. Muchas partículas se "detectan" observando sus productos de desintegración, como se hizo con el bosón de Higgs. La materia oscura aún no se ha detectado como partículas individuales (ni en el grueso realmente, salvo en cantidades astrofísicas que ejercen atracción gravitatoria) porque interactúan sólo a través de la gravedad y probablemente de interacciones débiles.

En general, depende sobre todo de la fuerza de las interacciones y de los niveles de energía implicados. Si no fuera así, nunca habríamos detectado ni verificado ninguna otra partícula elemental.