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“Modelo Helicoidal del Nucleón”
Oliver Consa
oliver.consa@gmail.com
Department of Physics and Nuclear Engineering (UPC)
Spain, Enero 2015
Abstract
El presente trabajo es una ampliación del Modelo Helicoidal del Electrón (propuesto por el mismo
autor), aplicado a protones y neutrones.
Radio del Nucleón
El Modelo Helicoidal del Electrón [1] postula que el electrón es una partícula puntual de carga unitaria
que orbita a la velocidad de la luz alrededor de un punto del espacio, formando un vórtice o anillo de
corriente. El movimiento circular de la carga crea un momento angular y su correspondiente momento
magnético.
Por analogía asumiremos que todas las partículas subatómicas tienen la misma estructura que el electrón
helicoidal, diferenciándose principalmente por su carga y por su masa. El protón y del neutrón siguen el
mismo modelo del electrón, con un radio igual a su longitud de onda compton reducida. Como la longitud
de onda compton es inversamente proporcional a su masa, las partículas subatómicas son más pequeñas
cuanto mayor es su masa. Tanto el protón como el neutrón son unas 2.000 veces más pequeños que el
electrón. Este tamaño coincide con los experimentos realizados por Rutherford sobre el núcleo atómico,
que está en el orden de 1 fm.
El valor exacto del radio del protón internacionalmente aceptado es de 0.8768 fm. En 2010 [2] se
publican los resultados de un experimento con hidrógeno muónico obteniendo un resultado de 0,8418 fm
para el radio del protón. El experimento se repitió en 2013 [3] aumentando la resolución y obteniendo
finalmente un valor de 0,8408 fm. Este valor supone una diferencia del 4% respecto al valor calculado
según los anteriores experimentos. Esta diferencia se considera excesiva y todavía no ha podido ser
explicada. El problema se conoce como “proton radius puzzle”.
El radio del protón helicoidal se corresponde con su longitud de onda compton reducida, que equivale a
0,2103 fm
Curiosamente, si multiplicamos este radio por 4, obtenemos el valor de 0,8412 fm, que se ajusta
perfectamente a las nuevas mediciones del radio del protón.
Subestructura del Nucleón
Se considera que el protón es una partícula compuesta de otras partículas fundamentales llamadas quarks.
En el caso del neutrón es más evidente que se trata de una partícula compuesta ya que es inestable y
además posee un momento magnético con una carga eléctrica nula.
No sabemos cómo se organizan los quarks para formar la estructura del nucleón, por lo que a priori
podemos suponer cualquier geometría. Como primera hipótesis supondremos que los 3 quarks rotan en la
misma órbita equiespaciados .
Según el Modelo Helicoidal del Electrón, el momento angular de un nucleón es igual a la constante
reducida de planck, por lo que el momento magnético del protón y del neutrón deberán ser iguales a un
magnetón nuclear:
Experimentalmente obtenemos unos valores bastante similares, con un momento magnético anómalo del
protón de 2,792 y del neutrón de 1,913. Estas ligeras discrepancias entre el momento magnético teórico y
el momento magnético experimental de los nucleones se considera que son debidas a la estructura interna
de los nucleones formada por varios quarks.
Un experimento realizado en 1987 [4] por el European Muon Collaboration (EMC) puso de manifiesto
que el momento angular del protón no se corresponde con la suma de los momentos angulares de los
quarks. Este problema se conoce como “Proton spin crisis” y continúa considerándose uno de los
problemas no resueltos de la física.
Por analogía inversa, si un nucleón es una partícula compuesta, un electrón también deberá ser una
partícula compuesta. La hipótesis de que el electrón es un partícula compuesta permite explicar el origen
del momento magnético anómalo del electrón (1,001159).
Campo magnético del nucleón
Comparando las propiedades físicas del electrón y el protón, tan solo difieren en el valor de la masa. La
carga, la velocidad de Rotación, el Momento Angular o el Flujo Magnético que atraviesa el anillo son
iguales. La energía, la masa y la frecuencia de rotación son unas 2000 veces mayor que el electrón,
mientras que el Radio, el Período de rotación y el Momento Magnético son unas 2000 veces menor que el
electrón
El campo magnético en el centro del anillo, según la ley de Biot Savart es:
En el caso del nucleón, la corriente es 2000 veces superior al electrón y el radio es 2000 veces inferior,
por lo que tenemos que el campo magnético en el centro del anillo es unas 4 Millones de veces superior al
del electrón. En el caso del electrón ya calculamos que el campo magnético en el centro del anillo era
gigantesco, de unos 4 mil millones de Teslas, equivalente al campo magnético de una estrella de
neutrones.
Esta desproporción en los valores se debe a que el campo magnético tiene una dependencia con el inverso
del cubo de la distancia, lo que provoca que en el interior del anillo el campo magnético sea inmenso,
pero que en exterior del anillo el campo magnético decaiga mucho más rápidamente que el campo
eléctrico.
Este comportamiento asimétrico entre distancias cortas y largas que presenta el campo magnético nos
lleva a sugerir que las llamadas fuerzas nucleares fuerte y débil, no sean otra cosas que manifestaciones
de estos inmensos campos magnéticos a distancias muy cortas.
Siguiendo esta línea de razonamiento, en próximos trabajos se tratará de unificar este “Modelo Helicoidal
del Electrón y el Nucleón” con dos teorías de física alternativa muy interesantes:
●
La Teoría de Partículas Elementales de Charles W. Lucas [5]. Esta teoría postula la existencia
únicamente de dos partículas elementales en forma de anillo. El resto de partículas se van
formando por la integración de varios de estos anillos hasta formar estructuras compatibles con
este Modelo Helicoidal. El principal logro de esta teoría es que describe los decaimientos de todas
las partículas subatómicas de una manera coherente.
●
El Modelo de Núcleo Atómico de Phillip Kanarev [6] . Este modelo postula que los nucleones se
unen entre sí mediante fuerzas magnéticas y que es necesario que al menos un neutrón se sitúe
entre dos protones para apantallar su campo eléctrico y disminuir la fuerza de repulsión entre
ellos. Gracias a estas simples hipótesis, Kanarev es capaz de proponer un modelo geométrico de
todos los núcleos atómicos mostrando de una manera intuitiva porque unos núcleos son más
estables que otros.
Conclusiones
El actual Modelo Estándar de Física de partículas que no es capaz de explicar los principales valores
experimentales del protón como son su masa, su radio, su momento angular o su magnético, creando
inconsistencias en la teoría todavía no resueltas como el “Proton Radius Puzzle” o el “Proton Spin
Crisis”.
Como alternativa al Modelo Estándar se plantea extender el Modelo de Electrón Helicoidal al protón y al
neutrón. Curiosamente los valores experimentales del “Proton Radius Puzzle” coinciden exactamente con
el valor del radio del protón helicoidal multiplicado por 4.
La existencia de campos magnéticos inmensos en el centro de los anillos y la existencia de una posible
subestructura del electrón nos muestran una línea de investigación coherente con otras dos teorías físicas
alternativas muy interesantes: La Teoría de Partículas Elementales de Charles W. Lucas y el Modelo de
Núcleo Atómico de Kanarev.
Referencias
[1] Oliver Consa, “Helical Model of the Electron”. viXra:1408.0203 (2014)
[2] Pohl, R.; Antognini, "The size of the proton". Nature 466 (2010)
[3] Antognini, A.; Nez, "Proton Structure from the Measurement of 2S-2P Transition Frequencies of
Muonic Hydrogen". Science 339 (2013)
[4] Ashman, J.; et al. (EMC Collaboration) "A measurement of the spin asymmetry and determination of
the structure function g1 in deep inelastic muon-proton scattering".Physics Letters B 206 (1988)
[5] Charles W. Lucas, Jr. “A Classical Electromagnetic Theory of Elementary Particles Part 2,
Intertwining Charge-Fibers,” The Journal of Common Sense Science, Foundation of Science, Vol. 8 No.
2. (2005)
[6] Philipp M. Kanarev. "The Foundations of Physchemistry of Micro World". Chapter 10. (2003)
http://guns.connect.fi/innoplaza/energy/story/Kanarev