Бета-распад нейтрона

Диаграмма Фейнмана для бета-распада нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино при участии виртуального тяжёлого W-бозона

Бе́та-распа́д нейтро́на — спонтанное превращение свободного нейтрона в протон с излучением β-частицы (электрона) и электронного антинейтрино:

${}_0^1 n \to {}_1^1 p + e^ -+\bar{\nu}_e.$

Спектр кинетической энергии излучаемого электрона лежит в диапазоне от 0 до 782,318 кэВ. Время жизни свободного нейтрона составляет 885,7 ± 0,8 с (что соответствует периоду полураспада 613,9 ± 0,6 с). Прецизионные измерения параметров бета-распада нейтрона (время жизни, угловые корреляции между импульсами частиц и спином нейтрона) имеют важное значение для определения свойств слабого взаимодействия.

Бета-распад нейтрона был предсказан Фредериком Жолио-Кюри в 1934 и открыт в 1948—1950 независимо А. Снеллом, Дж. Робсоном и П. Е. Спиваком.

Редкие каналы распада

В 2005 был обнаружен^[1] предсказанный ранее радиационный бета-распад нейтрона с излучением гамма-кванта:

${}_0^1 n \to {}_1^1 p + e^ -+\bar{\nu}_e + \gamma.$

Данный канал распада реализуется с вероятностью 0,32 ± 0,16 %. Этот результат пока ожидает подтверждения другими группами исследователей. Спектр гамма-квантов должен лежать в диапазоне от 0 до 782 кэВ и зависеть от энергии (в первом приближении) как E⁻¹. С физической точки зрения, этот процесс представляет собой тормозное излучение образующегося электрона.

Должен существовать также канал распада свободного нейтрона в связанное состояние — атом водорода $({}_1^1 p + e^ - = {}^1\mathrm{H}):$

${}_0^1 n \to {}^1\mathrm{H} +\bar{\nu}_e.$

Однако из экспериментов известно лишь, что вероятность такого распада меньше 3 % (парциальное время жизни по этому каналу превышает 3·10⁴ с)^[2]. Теоретически ожидаемая вероятность распада в связанное состояние по отношению к полной вероятности распада равна 3,92·10^−6[3]. Связанный электрон для выполнения закона сохранения углового момента должен возникать в S-состоянии (с нулевым орбитальным моментом), в том числе с вероятностью ≈84 % — в основном состоянии, и 16 % — в одном из возбуждённых S-состояний атома водорода^[4].

См. также

• Бета-распад
• Распад протона

Примечания

1. ↑ Kolhidashvili, R.U.; Severijns, N.; Zimmer, O.; Wirth, H.-F.; Rich, D.; Tolokonnikov, S.V.; Solovei, V.A. & Kolhidashvili, M.R. (2005), "Discovery of the neutron radiative decay", arΧiv:nucl-ex/0512001 
2. ↑ Green, K., Thompson, D. (1990). «The decay of the neutron to a hydrogen atom». Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 16 (4): L75—L76. DOI:10.1088/0954-3899/16/4/001.
3. ↑ Faber, M., et al. On Continuum-State and Bound-State Beta Decay Rates of the Neutron. arxiv:0906.0959 (2009).
4. ↑ Dirk Dubbers and Michael G. Schmidt (2011). «The neutron and its role in cosmology and particle physics». Reviews of Modern Physics 83: 1111–1171. DOI:10.1103/RevModPhys.83.1111.

Литература

• Б. Г. Ерозолимский (1975). «Бета-распад нейтрона». Успехи физических наук 116 (1): 145–164.
• Бета-распад нейтрона (статья в «Физической энциклопедии»).
• Компиляция свойств нейтрона Particle Data Group