How big is Núcleo de helio?

Un núcleo de helio es el centro de un átomo de helio, y está formado por dos protones y dos neutrones. Tiene unos 3.4 femtómetros de diámetro, medido como el doble de su radio de carga, que es el radio promedio de su carga eléctrica. Un femtómetro es una millonésima de milmillonésima de metro (10⁻¹⁵ metros). A un núcleo de helio también se le llama partícula alfa.

Tamaño

Un núcleo no tiene un borde definido, así que su tamaño se expresa como un radio de carga. Para el núcleo de helio, el valor recomendado que publica el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) de Estados Unidos es de 1.6785 femtómetros. Eso le da un diámetro de 3.36 femtómetros.

La medición más precisa se hizo con núcleos de helio alrededor de los cuales giraba un solo muon, en lugar de dos electrones. Un muon es una partícula parecida al electrón, pero unas 200 veces más pesada. El resultado, publicado en 2021 por un equipo que trabajaba en el Instituto Paul Scherrer, en Suiza, fue de 1.67824 femtómetros. Coincide con experimentos anteriores en los que se lanzaban electrones contra núcleos de helio, y es 4.8 veces más preciso.

El núcleo de helio es inusualmente compacto. Es incluso más pequeño que el núcleo del deuterio, una forma pesada del hidrógeno. Ese núcleo solo contiene un protón y un neutrón.

Comparaciones de tamaño

Un núcleo de helio mide aproximadamente el doble de ancho que un solo protón, de unos 1.7 femtómetros de diámetro, y tiene unas cuatro veces su masa.
Un núcleo de uranio contiene unas 60 veces más protones y neutrones que un núcleo de helio, pero solo es unas 3.5 veces más ancho.
Si un núcleo de helio se ampliara hasta el tamaño de un balón de básquet, un átomo de hidrógeno a la misma escala mediría unos 7.6 kilómetros de diámetro.
Unos 30 mil millones de núcleos de helio puestos en fila, uno junto a otro, cubrirían el grosor de un cabello humano, de unos 0.1 milímetros.

Partículas alfa

Muchos átomos radiactivos pesados, entre ellos los tres tipos de uranio que existen en la naturaleza, se desintegran expulsando un núcleo de helio. A esto se le llama desintegración alfa. El helio es demasiado ligero para que la gravedad de la Tierra lo retenga en la atmósfera durante miles de millones de años. El helio del aire proviene casi por completo de la desintegración alfa dentro de la Tierra sólida.

Las partículas alfa fueron de las primeras herramientas de la física nuclear. En 1919, Ernest Rutherford las lanzó contra el nitrógeno y arrancó protones de sus núcleos. En 1930, unas partículas alfa lanzadas contra el berilio, un metal, produjeron una radiación penetrante. En 1932, James Chadwick demostró que esa radiación estaba formada por neutrones.

Un nombre tomado del Sol

El helio se descubrió en el Sol antes que en la Tierra. En 1868, el astrónomo francés Pierre Janssen lo detectó en la luz del Sol durante un eclipse solar. El astrónomo inglés Joseph Norman Lockyer lo encontró de forma independiente y lo llamó así por la palabra griega que significa Sol, “helios”. En 1895, el químico escocés William Ramsay encontró helio en la Tierra, en un mineral de uranio llamado cleveíta.