¿Cómo se forman los átomos? El físico explica dónde vienen los átomos que se componen por todas partes

¿Cómo se forman los átomos? – Joshua, 7 años, Shoreview, Minnesota

Richard Finman, un famoso físico teórico que ganó el Premio Nobel, dijo que si solo una parte de la información científica pudiera transferirse, sería que todas las cosas se hicieran de los átomos.

Comprender cómo la forma de los átomos es un tema básico e importante, porque hacen todo esto con una masa.

La pregunta de dónde provienen los átomos de requerir muchas respuestas físicas por completo, e incluso entonces, los físicos como yo solo tienen buenas suposiciones de que explican cómo se forman algunos átomos.

¿Qué es el átomo?

Atom consiste en un centro pesado, llamado núcleo, hecho de partículas llamadas protones y neutrones. El átomo tiene partículas más fáciles llamadas electrones que puede pensar como en órbita alrededor del núcleo.

Cada electrón usa una sola unidad de carga negativa, protona, cada uno lleva una unidad de carga positiva y los neutrones no tienen compensación. Atom tiene el mismo número de protones que un electrón, por lo que es neutral, no hay tarifa general.

Atom consiste en protones acusados ​​positivamente, neutrones cargados neutralmente y electrones cargados negativamente. AG Cazar / Vikimedia Commons, CC BI-SA

Ahora la mayoría de los átomos en el universo son dos tipos más simples: hidrógeno, que tiene un protón, cero neutrones y un electrón; y Helium, que tiene dos protones, dos neutrones y dos electrones. Por supuesto, en la Tierra, además de estos átomos, tiene como siempre, como el carbono y el oxígeno, pero pronto hablaré sobre el equipo.

El elemento es lo que los científicos llaman a un grupo de átomos que son todos iguales, porque todos tienen el mismo número de protones.

¿Cuándo se formaron los primeros átomos?

La mayor parte del hidrógeno y el helio de helio-helio se formaron unos 400,000 años después de una gran explosión, que es un nombre para cuando los científicos piensan que el espacio comenzó unos 14 mil millones hace unos pocos mil millones de años.

¿Por qué se formaron en ese momento? Los astrónomos saben que respetan a las estrellas explotadas distantes que el tamaño del universo se vuelve más grande que una gran explosión. Cuando se formó los primeros átomos formados de hidrógeno y helio, el universo era aproximadamente 1,000 veces más pequeño de lo que es ahora.

Y basado en su comprensión de la física, los científicos creen que el universo es mucho caluroso cuando era más pequeño.

Antes de este tiempo, los electrones tenían demasiada energía para aliviar la órbita alrededor del núcleo de hidrógeno y helio. Por lo tanto, los átomos de hidrógeno y helio solo se pueden formar una vez que el universo se ha enfriado a algo así como 5,000 grados de Fahrenheit (2,760 grados Celsius). Por razones históricas, este proceso se llama erróneamente recombinación: la combinación sería más descriptiva.

Helium y Deuterum, una forma más difícil de hidrógeno, el núcleo se formó antes, solo unos minutos después de una gran explosión, cuando la temperatura era superior a $ 1 mil millones (556 millones de C). Los protones y neutrones pueden chocar y formar un núcleo como estos solo a temperaturas muy altas.

Los científicos creen que casi todas las cosas ordinarias en el universo están hechas de aproximadamente el 90% de los átomos de hidrógeno y el 8% de átomos de helio.

¿Cómo se procesan más átomos masivos?

Por lo tanto, los átomos de hidrógeno y helio se crearon durante la recombinación, cuando la temperatura del refrigerador permitió que los electrones caeran en órbitas. Pero tú, yo y casi todo en la Tierra estamos hechos de muchos más átomos masivos que solo hidrógeno y helio. ¿Cómo se hicieron estos átomos?

Una respuesta sorprendente es que se hacen átomos más masivos en las estrellas. Para que los átomos hagan varios protones y neutrones atrapados en el núcleo, requiere el tipo de colisiones de energía altamente que ocurren en lugares muy calientes. La energía requerida para formar un núcleo más pesado debe ser lo suficientemente grande como para superar la fuerza eléctrica repulsiva que las cargas positivas, como dos protones, se sienten entre sí.

El calor imtro y la presión en las estrellas pueden formar átomos a través de un proceso llamado fusión. NASA / SDO

Los protones y los neutrones también tienen otra propiedad, de alguna manera como un tipo diferente de carga, es lo suficientemente fuerte como para conectarlos después de que puedan estar muy juntos. Esta propiedad se llama poder fuerte, y el proceso que ataca estas partículas se llama fusión.

Los científicos creen que la mayoría de los elementos de carbono al hierro están conectados en las estrellas, donde la temperatura puede viajar mil millones de mil millones de F (556 millones de C), la misma temperatura que era universo cuando solo eran unos minutos.

Esta tabla periódica muestra qué procesos astronómicos científicos creen que son responsables de la formación de cada uno de los elementos. Cmglee / Vikimedia Commons (imagen) y Jennifer Johnson / OSU (datos), CC BI-SA

Pero incluso en estrellas calientes, los elementos más pesados ​​que el hierro y el níquel no se formarán. Requieren energía adicional, porque los elementos más duros pueden ser más fáciles de romper en pedazos.

En un evento dramático llamado Supernova, el núcleo interno de las estrellas pesadas se derrumba de repente después de que el combustible se queda sin combustible. Durante una poderosa explosión, este colapso se desencadena, los elementos que son más difíciles que el hierro se pueden formar y expulsarse al espacio.

Los astrónomos continúan entendiendo los detalles de otros fantásticos eventos estelares que constituyen átomos más grandes. Por ejemplo, colisionar estrellas de neutrones puede liberar grandes cantidades de energía, y elementos como el oro, en el camino para formar agujeros negros.

Comprender la forma en que los átomos solo se requieren al aprender un poco de relatividad general, además de algunas partículas nucleares, de partículas y física atómica. Pero para complicar las cosas, hay otras cosas en el universo que no parecen átomos normales en absoluto, llamados materia oscura. Los científicos exploran qué es la materia oscura y para que pueda formarse.

Y dado que la curiosidad no tiene borde de edad: adultos, háganos saber y lo que se pregunta. No podremos responder a todas las preguntas, pero haremos todo lo posible.