Neutron béta bomlás

Neutron béta-bomlás - egy szabad neutron spontán  átalakulása protonná β-részecske ( elektron) és elektron antineutrínó kibocsátásával :

A kibocsátott elektron kinetikus energia spektruma 0 és 782,318 keV között van . Egy szabad neutron élettartama 880,1 ± 1,1 másodperc [1] (ami 611 ± 0,8 s felezési időnek felel meg ). A béta neutron-bomlás paramétereinek (élettartam, szögkorrelációk a részecskemomentum és a neutron spin között) pontos mérése elengedhetetlen a gyenge kölcsönhatás tulajdonságainak meghatározásához .

A béta-neutron-bomlást Frédéric Joliot-Curie jósolta meg 1934 -ben, és 1948-1950 között A. Snell , J. Robson és P. E. Spivak fedezte fel egymástól függetlenül.

Ritka bomlási csatornák

A neutron sugárzó béta-bomlása

A neutron bomlása mellett proton, elektron és elektron antineutrínó képződésével egy ritkább folyamatnak is meg kell történnie egy további gamma-kvantum -sugárzás (azaz elektromágneses sugárzás  kíséretében ) béta-bomlás kibocsátásával. egy neutronról:

Az elmélet azt jósolja, hogy a neutron sugárzási bomlása során kibocsátott gamma-sugarak spektrumának 0 és 782 keV közötti tartományba kell esnie, és az energiától (első közelítésben) E -1 értékűnek kell lennie . Fizikai szempontból ez a folyamat a feltörekvő elektron (és kisebb mértékben a proton) bremsstrahlungja [2] .

2005 -ben ezt a korábban megjósolt folyamatot kísérletileg fedezték fel [3] . A munkában végzett mérések azt mutatták, hogy a sugárzási csillapítási csatorna 0,32 ± 0,16% valószínűséggel valósul meg E γ > 35 keV gamma-kvantumenergia mellett . Ezt az eredményt később számos más kísérleti csoport megerősítette és jelentősen finomította; különösen az RDK II együttműködés azt találta [2] , hogy a gamma-sugárzással való bomlás valószínűsége (0,335 ± 0,005 stat ± 0,015 syst )% E γ > 14 keV mellett és (0,582 ± 0,023 stat ± 0,023 stat ± 0,015 syst )% syst mellett. 0, 4 keV < E γ < 14 keV . Ez a hibán belül egybeesik az elméleti előrejelzésekkel (0,308%, illetve 0,515%).

Neutron béta-bomlása kötött állapotba

Egy csatornának is kell lennie a szabad neutron kötött állapotba - hidrogénatom - bomlásához

Ezt a csatornát 1947-ben jósolták [4] , de még nem figyelték meg: kísérletekből csak annyit tudni, hogy az ilyen bomlás valószínűsége kisebb, mint 3% ( ennek a csatornának a részleges élettartama meghaladja a 3⋅10 4 s -ot ) [ 5] . Elméletileg a kötött állapotba való bomlás várható valószínűsége a teljes bomlási valószínűséghez képest 3,92⋅10 −6 [6] . A szögimpulzus megmaradásának törvényének teljesítéséhez kötött elektronnak kell létrejönnie az S -állapotban (nulla orbitális impulzussal), ezen belül ≈84% valószínűséggel alapállapotban és 16% valamelyik gerjesztett S -állapotban. a hidrogénatom [7] . Hidrogénatommá bomláskor szinte a teljes bomlási energia, ami 782,33305 keV (kivéve a visszapattanó atom nagyon kicsi kinetikus energiáját, 325,7 eV [8] , és gerjesztett atomállapotba bomlás esetén a A 13,6 eV-ot meg nem haladó gerjesztési energiát egy elektron antineutrínó viszi el, és a keletkező hidrogénatom spinállapota összefügg a kibocsátott antineutrínó helicitásával . Ha a tömegközéppontban lévő hidrogénatom impulzusának irányát vesszük a z tengely pozitív irányának, akkor a bomlásban résztvevő négy fermion spinjének s z vetületeire (a kezdeti neutron és a az eredményül kapott proton, elektron és antineutrínó) hat konfiguráció lehetséges [9] :

( n , p , e − , ν e ) : (↓↓↑↓), (↓↑↓↓), (↑↑↑↓), (↓↓↓↑), (↑↑↓↑), (↑↑↓↑) ↑↑),

sőt, az első három megengedett, az utolsó három pedig tiltott a Standard Modell szerint, mivel az antineutrínó helicitása ezekben az esetekben megfelelő lenne; az 1-es, 2-es és 3-as konfiguráció kialakulásának valószínűsége a gyenge kölcsönhatás skalár-, vektor-, axiális és tenzorcsatolási állandóitól függ (a standard V − A elméletben a skalár- és tenzorállandó nulla; csak a felső korlátokat kísérletileg állapítottak meg) [9] . Így a neutron béta kötött állapotba bomlási különböző spin-csatornáinak relatív valószínűségének mérése a standard modellen túlmenően is információt szolgáltathat a fizikáról (jobboldali áramok, skalár- és tenzorcsatolási állandók jelenléte a gyenge kölcsönhatásban) [9] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ J. Beringer et al. (Particle Data Group), Phys. Fordulat. D86, 010001 (2012) http://pdg.lbl.gov/2012/tables/rpp2012-sum-baryons.pdf Archiválva : 2013. május 12. a Wayback Machine -nél
  2. ↑ 1 2 Bales M. J. et al. (RDK II Együttműködés). A szabad neutron sugárzási β bomlásának precíziós mérése  // Physical Review Letters  . - 2016. - Kt. 116. sz . 24 . — P. 242501 . — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.116.242501 . - arXiv : 1603.00243 .
  3. ↑ Khafizov RU, Severijns N., Zimmer O., Wirth H.-F., Rich D., Tolokonnikov SV, Solovei VA, Kolhidashvili MR Observation of the neutron radioactive decay // Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters . - 2006. - Vol. 83. - P. 366. - ISSN 0021-3640 . - doi : 10.1134/S0021364006080145 . - arXiv : nucl-ex/0512001 .
  4. ↑ Daudel R., Jean M., Lecoin M. Sur la possibilité d'existence d'un type particulier de radioactivité phénomène de création e  (francia)  // J. Phys. sugár. - 1947. - 1. évf. 8 , livr. 8 . - P. 238-243 . - doi : 10.1051/jphysrad:0194700808023800 . Nyílt hozzáférésű
  5. ↑ Green K., Thompson D. A neutron bomlása hidrogénatommá  // Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. - 1990. - T. 16 , sz. 4 . - S. L75-L76 . - doi : 10.1088/0954-3899/16/4/001 .
  6. ↑ Faber M. , Ivanov AN , Ivanova VA , Marton J. , Pitschmann M. , Serebrov AP , Troitskaya NI , Wellenzohn M. Continuum-state and bound-state β − -decay rates of the neutron  (angol)  // Physical Review C. - 2009. - 1. évf. 80 , sz. 3 . — P. 035503 . — ISSN 0556-2813 . - doi : 10.1103/PhysRevC.80.035503 . - arXiv : 0906.0959 .
  7. ↑ Dubbers D., Schmidt MG A neutron és szerepe a kozmológiában és a részecskefizikában  //  Reviews of Modern Physics. - 2011. - 20. évf. 83 . - P. 1111-1171 . - doi : 10.1103/RevModPhys.83.1111 . - arXiv : 1105.3694 .
  8. ↑ Zhang Shuo, Wang Song-Lin, Zhou Jian-Rong, Wu Wen-Tao, Xia Jing-Kai, Zhang Rui-Tian, ​​​​Zhang Le (2022), Javaslat a kéttestű neutronok bomlásának mérésére mikrokaloriméterrel, arΧiv : 2210.02314 [hep-ex]. 
  9. ↑ 1 2 3 McAndrew J. et al. A szabad neutron kötött béta-bomlása: BoB   // Physics Procedia . - 2014. - Kt. 51 . - P. 37-40 . — ISSN 1875-3892 . - doi : 10.1016/j.phpro.2013.12.009 .

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák