Si los neutrones no se ven afectados por la fuerza electromagnética, ¿qué hace que reboten en la materia?

En realidad, los neutrones se ven afectados por fuerzas electromagnéticas. Específicamente, por la parte "magnética", son eléctricamente neutros, pero tienen un momento dipolar magnético significativo. Entonces son dispersados ​​por los campos magnéticos dentro de un material y especialmente de los núcleos. Esto se utiliza como una herramienta para comprender los materiales en los experimentos de dispersión de neutrones (1) .

Dicho esto, también es posible que los neutrones se dispersen de los núcleos debido a la fuerte fuerza (residual). Al principio, no es obvio cuál de estos procesos va a dominar, ya que la fuerza nuclear es inherentemente mucho más fuerte que la dispersión magnética, pero solo se establece en escalas de longitud muy cortas. Resulta que a energías relativamente bajas, ambos son fuentes comparables de dispersión de la mayoría de los átomos (2) , por lo que al menos si está imaginando un haz de neutrones relativamente lento, se dispersará tanto por interacciones fuertes residuales como por interacciones magnéticas.

Recuerda que el neutrón no es una partícula fundamental sino que está formado por gluones y quarks. Esto significa que no interactuará elásticamente con otras partículas (fundamentales). Esto es especialmente más pronunciado en bajas energías o grandes escalas. En otras palabras, a medida que se acerca a (anti)leptones cargados (electrón, muón, tau) y bosones de calibre (W y Z) por un lado o leptones sin carga (neutrinos) y fotones por otro lado, será visto por el partícula fundamental incidente como un paquete de partículas constituyentes. Entre las partículas incidentes cargadas, todavía tiene una interacción EM, mientras que entre las partículas incidentes sin carga, tendrá una interacción débil. El otro escenario sería cuando está colisionando neutrones con otras partículas no fundamentales, a saber (hadrones y mesones), en cuyo caso tendrá fuertes interacciones entre las partículas constituyentes entre las partes en colisión. Entonces, en resumen, solo tendrá colisiones inelásticas entre neutrones y cualquier otra partícula (fundamental o no) y las interacciones entre ellos no tienen que ser siempre EM como se mencionó anteriormente.

Fuerte interacción con otros núcleos atómicos, especialmente los 'pesados' como el plomo, el uranio.

Si la energía y el impulso se conservan, la dispersión es "elástica".

Si interrumpen la estructura nuclear, recuerde que el núcleo está cuantificado y tiene niveles de energía, se produce una transferencia de energía y momento, por lo tanto, una dispersión 'inelástica'.

El estudio y control de la fisión nuclear fue un triunfo temprano: el Proyecto Fermi: el U238 era un núcleo inestable, dividido por neutrones energéticos, el control se realizaba elevando o bajando varillas de grafito (C12), que reducían la energía de los neutrones por debajo del umbral fisionable.