Perchè all’interno di un atomo troviamo solo cariche di attrazione? I protoni non si respingono?

All’interno dell’atomo troviamo elettroni a carica negativa, protoni a carica positiva e neutroni a carica nulla. I protoni e i neutroni sono concentrati nel nucleo che occupa una regione di spazio molto limitata rispetto a quella atomica. Nell’atomo, oltre alle forze attrattive Coulombiane tra cariche di segno opposto, e quindi oltre alle forze di attrazione tra elettroni e protoni, abbiamo forze repulsive Coulombiane tra cariche dello stesso segno: elettrone-elettrone e protone-protone. Quando di parla di struttura atomica, normalmente si fa riferimento alla sola struttura elettronica, calcolata considerando sia le forze repulsive interelettroniche, sia quelle attrattive nucleo-elettrone. In tal caso il nucleo viene trattato in modo classico, assegnandogli una carica positiva e una massa. Quindi, limitatamente alla determinazione della struttura elettronica (orbitali atomici), si tiene conto anche delle forze repulsive interelettroniche. Volendo trattare quantitativamente anche la struttura nucleare, naturalmente deve essere considerata sia la forza repulsiva Coulombiana tra protoni (che tende a destabilizzare il nucleo), sia la forza non Coulombiana tra nucleoni (nel loro insieme, i protoni e i neutroni sono detti nucleoni). Si tratta della forza forte, responsabile della coesione tra quark e delle particelle che dai quark sono composte (i nucleoni). Si tratta di una forza a corto raggio a differenza di quella Coulombiana che è invece a raggio infinito. Il raggio d’azione di una forza dipende dal reciproco della massa della particella che trasporta la forza (il bosone) che è il fotone, a massa nulla, nel caso Coulombiano e il gluone, a massa non nulla, nel caso della forza forte. Il ruolo dei neutroni (soggetti anch’essi a forza forte) consiste anche nell’abbassare l’entità della forza repulsiva Coulombiana, attraverso l’aumento delle dimensioni nucleari e la conseguente diminuzione della densità di protoni.