¿Podría existir un átomo formado solo por neutrones?

Los átomos están compuestos por protones, neutrones y electrones. Si un catión de protio, es decir, un átomo de hidrógeno sin neutrones ni electrones, está formado por un solo protón, ¿puede ocurrir lo mismo con uno o más neutrones?

La respuesta es afirmativa, llamándose neutronio, pero que no sea tan frecuente hablar de él se debe a que no dura mucho. En los átomos, no solo los electrones tienen una configuración, es decir, una disposición en el átomo, sino que los protones y los neutrones también disponen de una configuración independiente para cada partícula subatómica en el núcleo. En un átomo estable, la configuración de protones tendrá la misma energía que la configuración de neutrones. En caso contrario, el número de neutrones se equilibrará por desintegración β^- convirtiéndose en un protón y los protones se equilibran por desintegración β⁺ convirtiéndose en un neutrón. A mayor desigualdad, antes sucederá la desintegración y más radiactivo será el átomo. Aunque hay muchas excepciones, la norma se cumple en términos generales.

El neutronio se desintegraría al instante y sería muy radiactivo. Un neutronio de un solo neutrón tendría una vida media menor a 15 minutos, desintegrándose en un protón, un electrón, un antineutrino electrónico y algo de energía adicional. La existencia de protones es lo que permite la estabilidad de los protones en el átomo. Sin embargo, la energía producida por la desintegración no es suficiente para unir un protón al núcleo. El electrón (radiación β^-) se expulsa a gran velocidad, mientras el neutrino prácticamente se pierde porque apenas interactúa con nada.

Ahora bien, conforme avanzamos en la tabla periódica nos percatamos que en isótopos estables, el número de protones y neutrones de los elementos no está equilibrado, sino que se inclina a favor de los neutrones. Esto se debe a que los niveles de energía de los protones más allá del hidrógeno crecen más rápido que los niveles de energía de los neutrones, necesitándose un mayor número de estos para mantener el núcleo.

Dicho esto, ¿qué ocurre con las estrellas de neutrones? Debido a la intensa atracción gravitatoria, los protones pueden convertirse en neutrones en grandes cantidades. En un átomo ordinario, hay un gran espacio vacío porque cada electrón tiene una zona independiente que no comparte con otros. Cuando el protón y el electrón se fusionan en un neutrón, ocupan menos espacio y, dado que la gravedad lo aplasta todo, están en un nivel de energía menor. Esto permite que una estrella gigantesca reduzca enormemente su volumen. No obstante, su superficie no está formada por materia ordinaria, aunque aún así sigue siendo más caliente que el Sol y con una gravedad cientos de miles de millones mayor que la Tierra.
De esta manera, el interior de las estrellas de neutrones serían un lugar donde encontrar neutronio estable.

Fuente:

Cottrell, Seth Stannard (2018). Springer International Publishing AG. Do Colors Exist? And Other Profound Physics Questions, Birkhäuser. ISBN 978-3-319-64361-8.

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