Нейтрон – це
Нейтро́н(від латів. neuter - ні той, ні інший) - елементарна частка, яка не має електричного заряду. Нейтрон є ферміоном і належить до класу баріонів. Атомні ядра складаються з нейтронів та протонів.
Зміст
Відкриття нейтрона (1932) належить фізиці Дж. Чедвіку, за це відкриття він отримав Нобелівську премію з фізики в 1935 році.
У 1930 р. В. А. Амбарцумян і Д. Д. Іваненко показали, що ядро не може, як вважалося в той час, складатися з протонів та електронів, що електрони, що вилітають з ядра при бета-розпаді, народжуються в момент розпаду, і що крім протонів, в ядрі повинні бути деякі нейтральні частинки. [3] [4]
У 1930 році Вальтер Боте і Г. Бекер, які працювали в Німеччині, виявили, що якщо високоенергетичні альфа-частинки, що випускаються полонієм-210, потрапляють на деякі легкі елементи, особливо на берилій або літій, утворюється випромінювання з надзвичайно великою здатністю, що проникає. Спочатку вважалося, що це - гамма-випромінювання, але з'ясувалося, що воно має набагато більшу проникаючу здатність, ніж усі відомі гамма-промені, і результати експерименту не можуть бути таким чином інтерпретовані. Важливий внесок зробили в 1932 році Ірен і Фредерік Жоліо-Кюрі. Вони показали, що якщо це невідоме випромінювання потрапляє на парафін або будь-яке інше з'єднання, багате на водень, утворюються протони високих енергій. Саме собою це нічому не суперечило, але чисельні результати призводили до нестиковок теоретично. Пізніше того ж 1932 року англійський фізик Джеймс Чедвік провів серію експериментів, в яких він показав, що гамма-променева гіпотеза неспроможна. Він припустив, що це випромінювання складається з незаряджених частинок з масою, близькою до маси протона, і зробив серію експериментів, що підтвердили цюгіпотезу. Ці незаряджені частинки були названі нейтронами від латинського кореняneutralта звичайного для частинок суфіксаon(він). У тому ж 1932 р. Д. Д. Іваненко [5] і потім В. Гейзенберг припустили, що атомне ядро складається з протонів та нейтронів.
Основні характеристики
- Маса (приблизно на 0,1378 % більше, ніж маса протона; наведено рекомендовані значення CODATA 2010 року, у дужках зазначена похибка величини в одиницях останньої значущої цифри, одне стандартне відхилення):
- 939,565378 (21) МеВ; [6]
- 1,00866491600(43) а. е. м.; [7]
- 1,674927351(74)·10 −27 кг; [8]
- 1838,6836601 (16) маси електрона [9].
Незважаючи на нульовий електричний заряд, нейтрон не є нейтральною частинкою. Античастинкою нейтрону є антинейтрон, який не збігається із самим нейтроном.
Будова та розпад
Вважається надійно встановленим, що нейтрон є пов'язаним станом трьох кварків: одного «верхнього» (u) та двох «нижніх» (d) кварків (кваркова структура udd). Близькість значень мас протона і нейтрону обумовлена властивістю наближеної ізотопічної інваріантності: в протоні (кваркова структура uud) один d-кварк замінюється на u-кварк, але оскільки маси цих кварків дуже близькі, така заміна позначається на масі складової частинки.
Оскільки нейтрон важчий за протон, то він може розпадатися у вільному стані. Єдиним каналом розпаду, дозволеним законом збереження енергії та законами збереження електричного заряду, баріонного талептонного квантових чисел, є бета-розпад нейтрону на протон, електрон та електронне антинейтрино (а також, можливо, гамма-квант). Оскільки цей розпад йде з утворенням лептонів та зміною аромату кварків, то він повинен відбуватися лише за рахунок слабкої взаємодії. Однак, зважаючи на специфічні властивості слабкої взаємодії, швидкість цієї реакції аномально мала через вкрай малий енерговиділення (різниці мас початкових і кінцевих частинок). Саме цим пояснюється той факт, що нейтрон є справжнім довгожителем серед елементарних частинок: його час життя, приблизно рівний 15 хвилинам, приблизно в мільярд разів більший за час життя мюона — наступну за нейтроном метастабільну частинку за часом життя.
Крім того, різниця мас між протоном і нейтроном близько 1,3 МеВ невелика за мірками ядерної фізики. В результаті, в ядрах нейтрон може бути в більш глибокій потенційній ямі, ніж протон, і тому бета-розпад нейтрону виявляється енергетично невигідним. Це призводить до того, що в ядрах нейтрон може бути стабільним. Понад те, в нейтроно-дефицитных ядрах відбувається розпад протона в нейтрон (із захопленням орбітального електрона чи вильотом позитрона).
Інші властивості
Ізопіни нейтрону і протону однакові (1/2), але їх проекції протилежні за знаком. Проекція ізоспину нейтрону за згодою у фізиці елементарних частинок приймається рівною −1/2, у ядерній фізиці +1/2 (оскільки у більшості ядер нейтронів більше, ніж протонів, ця угода дозволяє уникати негативних сумарних проекцій ізоспину).
Нейтрон — єдина джерела, що має масу спокою елементарних частинок, для якої безпосередньо спостерігалася гравітаційна взаємодія — викривлення в полі земного тяжіннятраєкторії добре колімованого пучка холодних нейтронів. Виміряне гравітаційне прискорення нейтронів у межах точності експерименту збігається з гравітаційним прискоренням макроскопічних тіл.
При величезному тиску всередині нейтронної зірки нейтрони можуть деформуватися аж до того, що набувають форми куба [11] .
Напрями досліджень у фізиці нейтронів
- можливість існування тетранейтронів та інших пов'язаних станів з одних лише нейтронів
- пошук можливих нейтрон-антинейтронних осциляцій
- пошук електричного дипольного моменту нейтрону
- вивчення властивостей сильно нейтроно-надлишкових легких ядер
- отримання та зберігання холодних нейтронів
- вплив потоків нейтронів на живі тканини та організми
- вплив надпотужних потоків нейтронів на властивості матеріалів
- вивчення поширення нейтронів у різних середовищах
- вивчення різних типів структури у фізиці конденсованих середовищ
- нейтронно-дифракційний аналіз
- нейтронно-активаційний аналіз