Neutron

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. április 1-jén felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzésekhez 10 szerkesztés szükséges .
Neutron  ( )
Egy család fermion
Csoport hadron , barion , N-barion , nukleon
Részt vesz az interakciókban Erős , gyenge , elektromágneses és gravitációs
Antirészecske antineutron
Súly 939.565 420 52(54) MeV [1] , 1.674 927 498 04(95)⋅10 −27 kg [2] , 1.008 664 915 95(49) a. e.m. [3]
Élettartam 880,0 ± 0,9 s [4]
Elméletileg indokolt 1930-ban V. A. Ambartsumyan és D. D. Ivanenko ; 1930-ban Walter Bothe és tanítványa, Herbert Becker, aki Németországban dolgozott
Felfedezve James Chadwick 1932. február 27
Kiről vagy miről nevezték el A lat. a gyökér semleges és a szokásos részecske utótag a (he) -n
kvantumszámok
Elektromos töltés 0
barionszám egy
Spin 1/2 ħ
Mágneses pillanat −1,913 042 73(45) magmagneton [ 5] vagy −9,662 365 1(23)×10 −27 J / T [6]
Belső paritás egy
Izotópos spin −1/2
Furcsaság 0
a varázsa 0
Egyéb tulajdonságok
Kvark összetétele udd
Bomlási séma (99,7%); (0,309%)
 Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

A neutron (a lat.  semleges  - sem az egyik, sem a másik) nehéz elemi részecske , amelynek nincs elektromos töltése . A neutron egy fermion és a barionok csoportjába tartozik . A neutronok és a protonok az atommagok két fő alkotóeleme [7] ; a protonok és neutronok közös neve nukleon .

Felfedezés

A neutron felfedezése ( 1932. február 27. ) James Chadwick fizikusé , aki kifejtette W. Bothe és G. Becker ( 1930 ) kísérleteinek eredményeit, amelyekben azt találták, hogy a bomlás során kibocsátott α-részecskék . A könnyű elemekre ható polónium erősen áthatoló sugárzás kialakulásához vezet. Chadwick volt az első, aki felvetette, hogy az új áthatoló sugárzás neutronokból áll, és meghatározta tömegüket [8] [9] . Ezért a felfedezéséért 1935 - ben fizikai Nobel-díjat kapott .

1930-ban V. A. Ambartsumyan és D. D. Ivanenko kimutatta, hogy az atom nem állhat, ahogyan akkoriban hitték, csak protonokból és elektronokból , hogy a béta-bomlás során az atommagból kibocsátott elektronok a bomlás pillanatában születnek, és amellett, hogy protonok, néhány semleges részecskének jelen kell lennie az atommagban [10] [11] .

1930- ban Walter Bothe és tanítványa, Herbert Becker, Németországban dolgozott, felfedezte, hogy ha a polónium-210 által kibocsátott nagy energiájú alfa-részecskék eltalálnak néhány könnyű elemet, különösen a berilliumot vagy a lítiumot , szokatlanul nagy áthatolóképességű sugárzás keletkezik. Először azt hitték, hogy ez gamma-sugárzás , de kiderült, hogy sokkal nagyobb áthatoló ereje van, mint az összes ismert gamma-sugárzásnak, és a kísérlet eredményeit nem lehet így értelmezni. 1932-ben Irene és Frédéric Joliot-Curie jelentős hozzájárulást nyújtott . Kimutatták, hogy ha ez az ismeretlen sugárzás eléri a paraffint vagy bármely más hidrogénben gazdag vegyületet, akkor nagy energiájú protonok keletkeznek . Önmagában ez nem mond ellent semminek, de a számszerű eredmények elméleti következetlenségekhez vezettek. Később, ugyanebben 1932-ben, az angol fizikus, James Chadwick kísérletsorozatot végzett, amelyben kimutatta, hogy a gammasugárzási hipotézis tarthatatlan. Azt javasolta, hogy ez a sugárzás töltetlen részecskékből álljon, amelyek tömege megközelíti a proton tömegét, és számos kísérletet végzett, amelyek megerősítették ezt a hipotézist. Ezeket a töltetlen részecskéket neutronoknak nevezték el a latin neutron gyökből és a szokásos részecske utótagból ( he ). Ugyanebben 1932-ben D. D. Ivanenko [12] , majd W. Heisenberg azt javasolta, hogy az atommag protonokból és neutronokból áll.

Főbb jellemzők

Annak ellenére, hogy nulla elektromos töltése van, a neutron nem igazán semleges részecske . A neutron antirészecskéje az antineutron , amely nem azonos magával a neutronnal. A neutron megsemmisül az antineutronnal és más antihadronokkal (különösen az antiprotonnal).

A neutron számos fizikai mennyiséghez kapcsolódik, amelyek hosszúsága:

Szerkezet és bomlás

Megbízhatóan bizonyítottnak tekinthető, hogy a neutron három kvark kötött állapota : egy "fel" (u) és két "le" (d) kvark (kvarkstruktúra udd). A proton és a neutron tömegének közelsége a hozzávetőleges izotóp-invariancia tulajdonságának köszönhető : a protonban (uud kvarkszerkezet) egy d-kvarkot u-kvark helyettesít , de mivel ezeknek a kvarkoknak a tömege nagyon közel van egymáshoz. , az ilyen csere csekély hatással van az összetett részecske tömegére.

Mivel a neutron nehezebb, mint a proton, szabad állapotban lebomolhat. Az egyetlen bomlási csatorna, amelyet az energiamegmaradás törvénye, valamint az elektromos töltés, a barion- és leptonkvantumszámok megmaradásának törvényei engedélyeznek, a neutron béta-bomlása protonná , elektronná és elektron- antineutrínóvá (és néha gamma-kvantummá ) . 21] ). Mivel ez a bomlás a leptonok képződésével és a kvarkok ízének megváltozásával jár, csak a gyenge kölcsönhatás miatt fordulhat elő . A gyenge kölcsönhatás sajátos tulajdonságai miatt azonban ennek a reakciónak a sebessége abnormálisan alacsony a rendkívül alacsony energiafelszabadulás miatt (a kezdeti és végső részecskék tömegének különbsége). Ez magyarázza azt a tényt, hogy a neutron igazi hosszú májú az elemi részecskék között: élettartama , körülbelül 15 perc , körülbelül milliárdszor hosszabb, mint a müon  , a neutront élete során követő metastabil részecske élettartama.

Ezenkívül a proton és a neutron közötti tömegkülönbség, amely 1,293 332 36(46) MeV [22] (vagy 0,001 388 449 33(49) a.m.u. [23] ), a magfizika szabványai szerint kicsi . Ennek eredményeként az atommagokban a neutron a protonnál mélyebb potenciálkútban lehet , ezért a neutron béta-bomlása energetikailag kedvezőtlennek bizonyul. Ez arra a tényre vezet, hogy a neutron stabil lehet az atommagokban. Ezenkívül a neutronhiányos atommagokban a proton béta-bomlása neutronná ( egy orbitális elektron befogásával vagy pozitron kibocsátásával ) történik; ez a folyamat energetikailag tilos szabad proton számára.

Kvark szinten a neutron béta-bomlás úgy írható le, mint az egyik d-kvark átalakulása u-kvarkká egy virtuális W - bozon kibocsátásával , amely azonnal elektronná és elektron antineutrínóvá bomlik.

A szabad neutron bomlásának vizsgálata fontos a gyenge kölcsönhatás tulajdonságainak tisztázásában, valamint az időinvariancia megsértésének, a neutron-antineutron oszcillációnak stb.

A neutron belső szerkezetét először R. Hofstadter vizsgálta kísérletileg nagyenergiájú elektronok ( 2 GeV ) sugarának a deuteront alkotó neutronokkal való ütközését tanulmányozva (fizikai Nobel-díj 1961) [24] . A neutron egy ≈ 0,25 10 -13 cm sugarú , nagy tömegű és töltéssűrűségű nehéz magból (magból), amelynek teljes töltése ≈ +0,35 e , és egy viszonylag ritka héjból ("mezonköpeny") áll. ) veszi körül. ≈ 0,25 · 10 -13 és ≈ 1,4 × 10 -13 cm közötti távolságban ez a héj főként virtuális ρ és π mezonokból áll , és teljes töltése ≈ -0,50 e . A középponttól mért ≈ 2,5 · 10 -13 cm távolságon túl egy virtuális ω - és π - mezonokból álló héj nyúlik ki , amelyek teljes töltése körülbelül +0,15 e [25] [20] .

Egyéb tulajdonságok

A neutron és a proton izospin azonos ( 1⁄ 2 ) , de vetületük ellentétes előjelű. A neutron izospin vetülete megegyezés szerint az elemi részecskefizikában – 1 ⁄ 2 , a magfizikában + 1 ⁄ 2 (mivel a legtöbb atommagban több a neutron, mint a proton, ez a konvenció lehetővé teszi a negatív teljes izospin vetületek elkerülését).

A neutron és a proton a  - barionokkal együtt a spin- és bariontöltésű barionok oktettjének része [26] .

A neutron az egyetlen nyugalmi tömegű elemi részecske, amelynél közvetlenül megfigyelték a gravitációs kölcsönhatást, azaz egy jól kollimált ultrahideg neutronnyaláb görbületét a földi gravitációs térben. A neutronok mért gravitációs gyorsulása a kísérleti pontosság határain belül egybeesik a makroszkopikus testek gravitációs gyorsulásával [27] .

Egy neutroncsillag belsejében hatalmas nyomás hatására a neutronok olyan mértékben deformálódhatnak, hogy felveszik a kocka alakját [28] .

A neutronfizika kutatásának irányai

Alapkutatás:

Alkalmazott kutatás:

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 2018 CODATA Ajánlott értékek: neutrontömeg-energia-egyenérték MeV -ben Archiválva : 2015. július 1. a Wayback Machine -nél .
  2. ↑ 1 2 2018 CODATA Ajánlott értékek: neutrontömeg Archiválva : 2015. november 27. a Wayback Machine -nél .
  3. ↑ 1 2 2018 CODATA Ajánlott értékek: neutrontömeg az u -ban Archiválva : 2011. december 27. a Wayback Machine -nél .
  4. ↑ 1 2 3 4 J. Beringer et al. (Particle Data Group), Phys. Fordulat. D86, 010001 (2012) és 2013-as részleges frissítés a 2014-es kiadáshoz. http://pdg.lbl.gov/2013/listings/rpp2013-list-n.pdf Archiválva : 2014. február 22. a Wayback Machine -nél
  5. ↑ 1 2 2018 CODATA Ajánlott értékek: neutron mágneses momentum/magmagneton arány Archivált 2012. szeptember 1. a Wayback Machine -nál .
  6. ↑ 1 2 2018 CODATA Ajánlott értékek: neutron mágneses momentum Archiválva : 2012. szeptember 1. a Wayback Machine -nél .
  7. ↑ A neutronok minden ismert atommagban megtalálhatók, kivéve a hidrogén könnyű izotópjának magját - protium , amely egy protonból áll.
  8. ↑ Shirokov, 1972 , p. 483.
  9. ↑ Chadwick, James. A neutron lehetséges létezése   // Természet . - 1932. - 1. évf. 129. sz . 3252 . — 312. o . - doi : 10.1038/129312a0 . — .
  10. ↑ Ambarzumian V., Iwanenko D. Les elektrons inobservables et les rayons // Compt. Rend. Acad. sci. Párizs. - 1930. - T. 190 . - S. 582 .
  11. ↑ VA Ambartsumian – élet a tudományban   // Asztrofizika . - Springer , 2008. - Vol. 51 . - P. 280-293 . - doi : 10.1007/s10511-008-9016-6 .
  12. ↑ Iwanenko D. A neutron hipotézis   // Természet . - 1932. - 1. évf. 129 , iss. 3265 , sz. (1932. május 28.) . - 798. o . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1007/s10511-008-9016-6 .
  13. ↑ 2018 CODATA Ajánlott értékek: neutron-elektron tömegarány Archiválva : 2012. május 21. a Wayback Machine -nél .
  14. ↑ 1 2 Bethe G. , Morrison F. Az atommag elemi elmélete. - M. : IL, 1956. - S. 50.
  15. ↑ A különböző módszerekkel végzett neutronélettartam mérések továbbra is eltérnek. . "Elemek". Tudományos hírek. Fizika. (2013. december 3.). Hozzáférés időpontja: 2013. december 11. Az eredetiből archiválva : 2013. december 17.
  16. ↑ Mukhin K. Egzotikus magfizika a kíváncsi archív példányhoz , 2017. május 13-án a Wayback Machine -nél // Tudomány és élet . - 2017. - 5. szám - 104. o.
  17. ↑ Shirokov, 1972 , p. 67.
  18. ↑ Élődiagram - Nuklidtáblázat - Magszerkezeti és bomlási adatok . Letöltve: 2021. február 15. Az eredetiből archiválva : 2021. szeptember 29.
  19. ↑ [nucl-ex/0509018] A neutronok átlagos négyzetes töltési sugarának mérése neutroninterferometria segítségével
  20. ↑ 1 2 Zhdanov G. B. Rugalmas szórás, perifériás kölcsönhatások és rezononok // Nagy energiájú részecskék. Nagy energiák az űrben és a laboratóriumban. - M . : Nauka, 1965. - S. 132.
  21. ↑ Kísérletileg megállapították, hogy a sugárzási béta-bomlás (vagyis egy elektron, egy elektron antineutrínó és ezenkívül egy gamma-kvantum kibocsátásával járó bomlás) az összes neutronbomlás 0,309%-ában fordul elő. A neutron béta-bomlása kötött állapotba, vagyis egy kibocsátott elektron befogása a kialakult proton körüli pályára, elméletileg megjósolható volt, de még nem fedezték fel; csak azt állapították meg, hogy az esetek kevesebb mint 3%-ában fordul elő ilyen folyamat. Lásd: béta neutron-bomlás .
  22. ↑ 2018 CODATA ajánlott értékek: neutron-proton tömegkülönbség energiaegyenérték MeV -ben Archiválva 2019. október 12-én a Wayback Machine -nél .
  23. ↑ 2018 CODATA Ajánlott értékek: neutron-proton tömegkülönbség az u-ban Archivált 2012. szeptember 5. a Wayback Machine -nál .
  24. ↑ Hofstadter R. A magok és nukleonok szerkezete  // UFN . - 1963. - T. 81 , sz. 1 . - S. 185-200 .
  25. ↑ Shchelkin K. I. Virtuális folyamatok és a nukleon szerkezete // A mikrovilág fizikája. - M . : Atomizdat, 1965. - S. 75.
  26. ↑ A mikrovilág fizikája, 1980 , p. 283.
  27. ↑ "FIZIKA" Nagy enciklopédikus szótár, Tudományos Kiadó "Big Russian Encyclopedia", M., 1998, p. 453.
  28. ↑ Felipe J. Llanes-Estrada, Gaspar Moreno Navarro (2011), Cubic neutrons, arΧiv : 1108.1859v1 [nucl-th]. 
  29. ↑ Shirokov, 1972 , p. 484.

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák