Densidad nuclear

La densidad nuclear es la densidad de los nucleones (neutrones y protones) en el núcleo . Para los núcleos pesados, es cercana a la densidad de saturación nuclear.${\displaystyle n_{0}=0,15\pm 0,01}$nucleones / fm ³ , lo que minimiza la densidad de energía de una materia nuclear infinita . ^{[ 1 ]} La densidad de masa de saturación nuclear es, por lo tanto,${\displaystyle \rho _{0}=n_{0}m_{\rm {u}}\approx 2.5\times 10^{17}}$kg/m³ ^, donde m _u es la constante de masa atómica . El término descriptivo densidad nuclear también se aplica a situaciones donde ocurren densidades igualmente altas, como dentro de las estrellas de neutrones .

La densidad nuclear de un núcleo típico se puede calcular aproximadamente a partir del tamaño del núcleo , que a su vez se puede aproximar en función del número de protones y neutrones que contiene. El radio de un núcleo típico, en términos del número de nucleones , es ${\displaystyle R=A^{1/3}R_{0}}$ dónde${\displaystyle A}$es el número másico y${\displaystyle R_{0}}$es 1,25 fm , con desviaciones típicas de hasta 0,2  fm respecto a este valor. Por lo tanto, la densidad numérica del núcleo es:

${\displaystyle n={\frac {A}{{4 \over 3}\pi R^{3}}}}$

Por lo tanto, la densidad de cualquier núcleo típico, en términos de número másico, es constante y no depende de A ni de R , teóricamente:

${\displaystyle n_{0}^{\mathrm {theor} }={\frac {A}{{4 \over 3}\pi (A^{1/3}R_{0})^{3}}}={\frac {3}{4\pi (1.25\ \mathrm {fm} )^{3}}}=0.122\ \mathrm {fm} ^{-3}=1.22\times 10^{44}\ \mathrm {m} ^{-3}}$

El valor determinado experimentalmente para la densidad de saturación nuclear es ^{[ 1 ].}

${\displaystyle n_{0}^{\mathrm {exp} }=0,15\pm 0,01\ \mathrm {fm} ^{-3}=(1,5\pm 0,1)\times 10^{44}\ \mathrm {m} ^{-3}.}$

La densidad de masa ρ es el producto de la densidad numérica n por la masa de la partícula. La densidad de masa calculada, utilizando una masa de nucleón de m _n =1,67×10 ⁻²⁷ kg, es, por lo tanto:

${\displaystyle \rho _{0}^{\mathrm {teoría} }=m_{\mathrm {n} }\,n_{0}^{\mathrm {teoría} }\aproximadamente 2\times 10^{17}\ \mathrm {kg} \ \mathrm {m} ^{-3}}$(utilizando la estimación teórica)

o

${\displaystyle \rho _{0}^{\mathrm {exp} }=m_{\mathrm {n} }\,n_{0}^{\mathrm {exp} }\aproximadamente 2,5\times 10^{17}\ \mathrm {kg} \ \mathrm {m} ^{-3}}$ (utilizando el valor experimental).

Los componentes de un átomo y de un núcleo tienen densidades variables. El protón no es una partícula fundamental, ya que está compuesto de materia quark-gluón . Su tamaño es de aproximadamente 10⁻¹⁵ ^metros y su densidad de ^10¹⁸ kg/m³ ^. El término densidad nuclear también se aplica a situaciones donde se presentan densidades igualmente altas, como en el interior de las estrellas de neutrones .

Utilizando la dispersión inelástica profunda , se ha estimado que el "tamaño" de un electrón , si no es una partícula puntual , debe ser menor que 10⁻¹⁷ ^metros . Esto correspondería a una densidad de aproximadamente ^10²¹ kg/ ^m³ .

Existen posibilidades de alcanzar densidades aún mayores en lo que respecta a la materia de quarks . En un futuro próximo, las densidades más altas que se pueden medir experimentalmente probablemente se limitarán a los leptones y los quarks .

• Presión de degeneración electrónica : fuerza repulsiva en mecánica cuántica. 
• Materia nuclear : sistema de nucleones que interactúan entre sí. 
• Plasma de quarks y gluones : un estado de la materia importante en cosmología y física de partículas. 

• "El núcleo atómico" . Consultado el 18 de noviembre de 2014 .(derivación de ecuaciones y otras descripciones matemáticas)