Densidad de un protón

Question

Estaba haciendo algunos ejercicios el otro día, cuando me encontré con esta pregunta en mi libro:

 

Un protón pesa alrededor de 1.66 x 10-24 g y tiene un diámetro de    aproximadamente 10-15 m. ¿Cuál es su densidad en g/cm3?

Como puedes ver, una pregunta realmente simple y estándar, pero... ¿tiene sentido siquiera decir que un protón tiene una masa? ¿Y calcular su densidad? ¡Si es así, ¿lo considero una esfera?

Me parece que las partículas subatómicas son tan pequeñas que realmente no tiene sentido hablar de masa, volumen y densidad como si estuviéramos hablando de... ¡pelotas de tenis!

Answer 1

Un protón es un estado ligado de tres quarks. Los quarks mismos son (hasta donde sabemos) puntiformes, pero debido a que los tres están unidos, el protón tiene un tamaño finito. No tiene un borde afilado al igual que un átomo no tiene un borde afilado, pero un borde se define convencionalmente en un radio de 0.8768 femtómetros. Los protones son esféricos de la misma manera que los átomos son esféricos, aunque estén formados por electrones discretos.

Los tres quarks tienen una masa, pero en realidad el protón es mucho más pesado que la masa combinada de los tres quarks. Esto se debe a que la energía de unión de los quarks es muy alta, y esa energía aumenta la masa de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein $E = mc^2$.

Entonces, sí, tiene sentido calcular una densidad para el protón al igual que tiene sentido calcular una densidad para un átomo.

Answer 2

Considera una estrella de neutrones. Es un núcleo atómico gravitacionalmente ligado. Contrario a las esperanzas de partículas exóticas, una ecuación de estado muy rígida (J0348+0432, 2.04 masas solares, modelo AP4) sugiere nada más que neutrones, protones y electrones. Ese núcleo tiene una densidad de alrededor de 2.2×10^14 g/cm^3. Quizás WFF1 sea una mejor ecuación de estado.

Answer 3

D=m/v, (con números redondeados) Esfera para el volumen= (4/3)(pi)(radio^3)

r (cm)=(1.0x10^-13)cm masa (g)= (1.7x10^-24)

\=(1.7x10^-24)/((4/3)pi(1.0x10^-13)^3)

\=(1.7x10^-24)/(4.1887x10^39)

\= 4.0585x10^14

Answer 4

Diría que si $ \rho (densidad) = \frac{m}{V} $ y el volumen debe ser proporcional a $ V= m |\Psi (x,t)|^{2} $ entonces $ \rho = \frac{1}{|\Psi(x,t)|^{2}} $