Tendencias actuales de la ciencia ecológica y sus implicaciones sobre la conservación de los recursos naturales”.

2 Teoría cuantica y estructura atomica

La experiencia de Rutherford fue crucial en la determinación de la estructura atómica. Los párrafos que siguen son un extracto de su propia comunicación (1911): “Es un hecho bien conocido que las partículas alfa y beta sufren desviaciones de sus trayectorias rectilíneas a causa de las interacciones con los átomos de la materia. Parece indudable que estaspartículas de movimiento veloz pasan en su recorrido a través de los átomos, y las desviaciones observadas son debidas al campo eléctrico dentro del sistema atómico.

Las observaciones de Geiger y Mardsen sobre la dispersión de partículas alfa, indican que algunas de estas partículas deben de experimentar en un solo encuentro desviaciones superiores a un ángulo recto. Un cálculo simple demuestraque el átomo debe de ser asiento de un intenso campo eléctrico para que se produzca una gran desviación en una colisión simple…” En aquella época Thomson había elaborado un modelo de átomo consistente en un cierto número N de corpúsculos cargados negativamente, acompañados de una cantidad igual de electricidad positiva distribuida uniformemente en toda una esfera. Rutherford pone a prueba estemodelo y sugiere el actual modelo de átomo. “La teoría de Thomson está basada en la hipótesis de que la dispersión debida a un simple choque atómico es pequeña y que la estructura supuesta para el átomo no admite una desviación muy grande de una partícula alfa que incida sobre el mismo, a menos que se suponga que el diámetro de la esfera de electricidad positiva es pequeño en comparación con eldiámetro de influencia del átomo. Puesto que las partículas alfa y beta atraviesan el átomo, un estudio riguroso de la naturaleza de la desviación debe proporcionar cierta luz sobre la constitución del átomo, capaz de producir los efectos observados. En efecto, la dispersión de partículas cargadas de alta velocidad por los átomos de la materia constituyen uno de los métodos más prometedores de ataquedel problema..” En la simulación de la experiencia de Rutherford, consideramos una muestra de un determinado material a elegir entre varios y la situamos en el centro de un conjunto de detectores dispuestos a su alrededor. El blanco es bombardeado por partículas alfa de cierta energía producidas por un material radioactivo. Se observa que muy pocas partículas son desviadas un ángulo apreciable, yse producen muy raramente sucesos en los que la partícula alfa retrocede.

Descripción?

Estudiar el fenómeno de la dispersión, la interacción entre partículas cargadas positivamente corresponde a una fuerza central y conservativa. La energía total es siempre positiva por lo que la trayectoria es siempre una hipérbola. Se denomina parámetro de impacto a la distancia existente entre la direcciónde la partícula incidente y el centro de fuerzas. Una vez que la partícula ha sido dipersada por el núcleo se aleja del centro de fuerzas siguiendo una trayectoria que tiende asintóticamente a una línea recta. El ángulo F que forma dicha recta con el eje horizontal se denomina ángulo de dispersión. La fórmula que relaciona el parámetro de impacto b con el ángulo de dispersión F para una energía Edada de la partícula alfa, como hemos visto, es la siguiente.

Sección eficaz para la dispersión?

Consideremos un haz uniforme de partículas cargadas, todas con la misma masa y energía que inciden sobre un centro de fuerzas, por ejemplo, un núcleo de una muestra metálica El haz incidente está caracterizado por su intensidad I, que mide el número de partículas que atraviesan el área normal alhaz en la unidad de tiempo. La dirección final de cada partícula del haz será diferente debido a la dispersión por el núcleo. Se denomina sección eficaz para la dispersión s(F) al número de partículas dispersadas en el ángulo sólido dW por unidad de tiempo, dividido entre la intensidad incidente. El área sombreada de la esfera tiene un área (2p Rsin F)(RdF), que corresponde al ángulo sólido dW...