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MASA Y CARGA ELECTRICA

La primera propiedad de las partículas subatómicas es la masa, más precisamente la masa en reposo. Debido a la pequeñez de estos objetos físicos, habitualmente del orden de 10 -13 a 10 -17 cm, sus masas son también extraordinariamente pequeñas: por ejemplo, la masa del electrón es igual a 9,1091•10 -31 kg, y es necesario introducir otras unidades de masa distintas a las de gramos o kilogramos.
La energía en reposo es igual al producto de la masa en reposo por la velocidad de la luz (en el vacío), al cuadrado, según la ecuación relativista E = m•c 2. La masa puede medirse, por tanto, en unidades de energía. La masa es como una "energía comprimida", o la energía es una "masa expandida". Un electrón-voltio (1 eV), es la energía adquirida por un electrón sometido a una diferencia de potencial de 1 voltio. Su valor en julios es 1,6• 10 -19. Al ser una cantidad muy pequeña, se suelen utilizar sus múltiplos: el megaelectronvoltio (1 MeV), igual a un millón de eV y el gigaelectronvoltio (1 GeV), igual a 10 9 eV.
Así, la energía de un electrón en reposo es igual a 0,512 MeV, por lo que la masa del electrón es igual a 0,512 MeV/c2, siendo c la velocidad de la luz en el vacío.
Las partículas subatómicas poseen cargas eléctricas de magnitud igual a la del electrón, con igual signo o con el opuesto, o bien son eléctricamente neutras. Las partículas elementales llamadas quarks poseen cargas eléctricas fraccionarias, como veremos más adelante.
Las partículas subatómicas más conocidas, el electrón, el protón y el neutrón, fueron descubiertas en los últimos años del siglo XIX y primeros del XX. Investigaciones debidas a J.J.Thomson, en 1897, probaron la existencia del electrón, y le llevaron a determinar el cociente de su carga y su masa: e/m = 1,76• 10 11 C/kg. La magnitud de la carga eléctrica del electrón fue determinada experimentalmente por R. Millikan entre 1909 y 1913, hallando un valor igual a 1,6• 10 -19 C.
Los experimentos realizados en tubos de rayos catódicos condujeron a nuevos y fructíferos descubrimientos. Se estableció que las nuevas radiaciones halladas estaban constituidas por un gran número de minúsculas partículas, con carga eléctrica e+ y masa 1,67 •10 -27 kg (938,3 MeV/c2. Estas partículas reciben el nombre de protones (p). Otros experimentos realizados en Alemania y Francia en torno a 1930, llevaron a J.Chadwick, en 1932, en Inglaterra, a interpretar los resultados de la experimentación en el sentido de introducir, dentro del núcleo atómico, partículas eléctricamente neutras, con masa aproximadamente igual, pero algo superior, a la del protón. Estas nuevas partículas recibieron el nombre de neutrones (n), y correspondían, por sus propiedades, a las conjeturadas por E.Rutherford en 1920.