¿Puede un imán arrancar protones de un núcleo?

Question

Se explica por sí mismo. Me pregunto si la fuerza nuclear fuerte podría ser superada por un imán lo suficientemente fuerte.

Answer 1

Los protones y los neutrones están en orbitales dentro del núcleo que tienen momento angular , por lo que la afirmación de "cargas estacionarias" es cierta sólo en primer orden.

Los campos magnéticos en los experimentos de laboratorio no son lo suficientemente fuertes como para inducir a un protón o a un neutrón a salir del núcleo.

En las observaciones astronómicas, se estudian las estrellas de neutrones y los magnetares y allí los campos magnéticos son lo suficientemente fuertes como para cambiar la forma de un átomo y afectar al núcleo de los átomos.

Para los núcleos en la región del hierro de la carta nuclear se encuentra que los campos en el orden de magnitud de $10^{17}G$ afectan significativamente a las propiedades del volumen, como las masas y los radios.

Es posible que si existen campos astrofísicos más fuertes, el núcleo se rompa debido al campo magnético. Esto se estudia en astrofísica como la "ruptura de Coulomb" del núcleo, por ejemplo aquí .

Answer 2

Tal vez. La acción de un campo magnético cambiaría los orbitales nucleares si fuera fuera lo suficientemente fuerte, y determinaría una nueva región de estabilidad para el núcleo. Un núcleo "desestabilizado" podría entonces decaer de diversas formas, incluyendo la fisión espontánea.

Bueno, en teoría, podría. Los requisitos del campo magnético para cualquier efecto son EXTREMADAMENTE altos, y cualquier aparato capaz de generar tal campo también tendría sus orbitales atómicos (electrones) perturbados para desestabilizar toda su estructura material. No es algo que yo sabría construir.

Answer 3

Una forma de que esto ocurra es si tienes un núcleo altamente relativista (muy rápido) viajando en un gran campo magnético, de tal manera que en el marco de reposo del núcleo el campo magnético se transforma parcialmente en un campo eléctrico. Para un cálculo muy aproximado, diré que la fuerza necesaria para sacar un protón del núcleo es $F_{strip} = 25 \textrm{ kN}$ (basado en la trama de la página de la wikipedia sobre la fuerza nuclear porque mis conocimientos de física nuclear son casi inexistentes). Suponiendo que el núcleo se desplaza perpendicularmente al campo magnético, la magnitud del campo es $E = \gamma v B$ en el marco de reposo nuclear, y podemos simplemente multiplicar por la carga del protón para obtener la fuerza, y luego sustituir un valor de $B$ que representan los campos magnéticos más altos conocidos en el universo, los magnetares de alrededor de $10^{11} \textrm{ T}$ :

\begin{equation} F_{strip} = \frac{qvB}{\sqrt{1-v^2/c^2}}, \quad v^2 = \frac{\left(\frac{F_{strip}}{qB}\right)^2}{1+\left(\frac{F_{strip}}{qBc}\right)^2} \end{equation}

Haciendo estas sustituciones se obtiene $v/c = 0.999999981568$ o un factor de Lorentz de $\gamma \approx 5200$ que es sorprendentemente factible.

Answer 4

No. Como señaló BowlOfRed, un imán no actúa sobre una carga estacionaria.

Como curiosidad, la fuerza que mantiene unidos a los protones y neutrones en el núcleo puede ilustrarse con este ejemplo, extraído del libro de George Gamow Uno, dos, tres... Infinito , página 166:

"Supongamos que tenemos un armazón de alambre más o menos en forma de U mayúscula, de unos 5 centímetros cuadrados... con un trozo de alambre recto atravesado, y con una película de jabón a lo largo del cuadrado así formado. Las fuerzas de tensión superficial de la película así formada tirarán del alambre transversal hacia arriba. Podemos contrarrestar estas fuerzas de tensión superficial colgando un pequeño peso en el travesaño. Si la película es de agua ordinaria con un poco de jabón disuelto en ella, y tiene un grosor de 0,01 mm, pesará aproximadamente 1/4 de gramo y soportará un peso de aproximadamente 3/4 de gramo.

Ahora bien, si fuera posible fabricar una película similar de fluido nuclear (lo que Gamow quiere decir aquí es una película formada por neutrones y protones adheridos entre sí a través de la fuerza nuclear) el peso total de la película sería de 50 millones de toneladas, y podríamos colgar en el cable transversal una carga de mil millones de toneladas..."

Por lo tanto, separar un neutrón o un protón del núcleo requiere una enorme cantidad de trabajo.