Неутронът е

Неутрон (от лат. кастра - нито едното, нито другото) - елементарна частица, която няма електрически заряд. Неутронът е фермион и принадлежи към барионния клас. Атомните ядра са изградени от неутрони и протони.

Съдържание

Откритието на неутрона (1932 г.) принадлежи на физика Дж. Чадуик, за това откритие той получава Нобелова награда за физика през 1935 г.

През 1930 г. В. А. Амбарцумян и Д. Д. Иваненко показват, че ядрото не може, както се е смятало по това време, да се състои от протони и електрони, че електроните, излъчени от ядрото по време на бета-разпада, се раждат в момента на разпадане и че в допълнение към протоните, някои неутрални частици трябва да присъстват в ядрото. [3] [4]

През 1930 г. Уолтър Боте и Г. Бекер, работещи в Германия, откриват, че когато високоенергийните алфа частици, излъчвани от полоний-210, удрят определени светлинни елементи, особено берилий или литий, се образува радиация с необичайно висока проникваща мощност. Първоначално се смяташе, че става дума за гама-лъчение, но се оказа, че то има много по-висока проникваща сила от всички известни гама-лъчи и резултатите от експеримента не могат да бъдат тълкувани по този начин. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри направиха важен принос през 1932 г. Те показаха, че ако тази неизвестна радиация удари парафин или друго богато на водород съединение, се образуват високоенергийни протони. Само по себе си това не противоречи на нищо, но числените резултати доведоха до противоречия в теорията. По-късно през същата 1932 г. английският физик Джеймс Чадуик провежда поредица от експерименти, в които показва, че хипотезата за гама-лъчите е несъстоятелна. Той предположи, че това лъчение се състои от незаредени частици с маса, близка до масата на протон, и направи поредица от експерименти, които потвърдиха тази хипотеза. Тези незаредени частици бяха наречени неутрони от латинския корен неутрален и обичайната суфикс на частици На (той ли е). През същата 1932 г. Д. Д. Иваненко [5] и след това В. Хайзенберг предполагат, че атомното ядро се състои от протони и неутрони.

Основни характеристики

Маса (около 0,1378% повече от масата на протона; дадени са препоръчителните стойности на CODATA 2010, грешката на стойността в единици на последната значима цифра е посочена в скоби, едно стандартно отклонение):
- 939,565378 (21) MeV; [6]
- 1.00866491600 (43) a. Яжте.; [7]
- 1,674927351 (74) 10 -27 кг; [8]
- 1838.6836601 (16) електронна маса [9] .
Въртене: 1/2 (фермион).
Свободен живот: 880,1 ± 1,1 секунди [2] (полуживот - 611 секунди).
Магнитен момент: -1,91304272 (45) ядрен магнетон. [десет]

Въпреки нулевия електрически заряд, неутронът не е истински неутрална частица. Античастицата на неутрон е антинейтрон, който не съвпада със самия неутрон.

Структура и разпад

Счита се за надеждно установено, че неутронът е свързано състояние от три кварка: един "горен" (u) и два "надолу" (d) кварки (структурата на udd кварка). Близостта на протонните и неутронните маси се дължи на свойството на приблизителна изотопна инвариантност: в протон (кваркова структура uud) един d-кварк се заменя с u-кварк, но тъй като масите на тези кварки са много близки, такива заместването има малък ефект върху масата на композитната частица.

Тъй като неутронът е по-тежък от протон, той може да се разпадне в свободно състояние. Единственият канал на разпадане, разрешен от закона за запазване на енергията и законите за запазване на електрическия заряд, барионните и лептонните квантови числа, е бета разпадането на неутрон в протон, електрон и електрон антинейтрино (а също, вероятно, гама квант). Тъй като това разпадане възниква с образуването на лептони и промяна на вкуса на кварките, то трябва да се случи само поради слабо взаимодействие. Въпреки това, поради специфичните свойства на слабото взаимодействие, скоростта на тази реакция е аномално ниска поради изключително ниското енергийно освобождаване (разликата в масите на началните и крайните частици). Това обяснява факта, че неутронът е истински дълъг черен дроб сред елементарните частици: неговият живот, приблизително равен на 15 минути, е около милиард пъти по-дълъг от живота на мюон - метастабилната частица, следваща неутрона по отношение на живота.

Освен това разликата в масата между протон и неутрон от около 1,3 MeV е малка според стандартите на ядрената физика. В резултат на това в ядрата неутронът може да бъде в по-дълбок потенциален кладенец от протона и следователно бета разпадането на неутрона се оказва енергийно неблагоприятно. Това води до факта, че в ядрата неутронът може да бъде стабилен. Нещо повече, в ядрата с дефицит на неутрони протонът се разпада в неутрон (с улавяне на орбитален електрон или бягство на позитрон).

Други свойства

Изоспините на неутрон и протон са еднакви (1/2), но техните проекции са противоположни по знак. Предполага се, че проекцията на неутронния изоспин е -1/2 по конвенцията във физиката на частиците и +1/2 в ядрената физика (тъй като повечето ядра имат повече неутрони, отколкото протоните, тази конвенция избягва отрицателните общи прогнози на изоспин).

Неутронът е единственият [източник не е посочен 574 дни] на елементарни частици с маса на покой, за които пряко се наблюдава гравитационно взаимодействие - кривина на траекторията на добре колимирания лъч студени неутрони в гравитационното поле. Измереното гравитационно ускорение на неутроните в рамките на експерименталната точност съвпада с гравитационното ускорение на макроскопичните тела.

С огромно налягане в неутронната звезда, неутроните могат да се деформират до такава степен, че да приемат формата на куб [11] .

Области на изследвания в неутронната физика

възможността за съществуване на тетранейтрони и други свързани състояния само от неутрони
търсене на възможни неутронно-антинейтронни трептения
търсене на електрически диполен момент на неутрона
изследване на свойствата на силно богати на неутрони светлинни ядра

приемане и съхранение на студени неутрони
ефектът от неутронните потоци върху живите тъкани и организми
влиянието на свръхмощните неутронни потоци върху свойствата на материалите
изследване на разпространението на неутрони в различни среди
изучаване на различни видове структура във физиката на кондензираното вещество
анализ на неутронната дифракция
анализ на неутронно активиране