Нейтрон


Нейтрон
Нейтрон
Символ n^{0}\,\!
Масса 939,565378(21) МэВ[1], 1,674927351(74)·10−27 кг[1], 1,00866491600(43) а. е. м.[1]
Античастица \bar{n}^{0}\,\!
Классы фермион, адрон, барион, N-барион, нуклон
Квантовые числа
Электрический заряд 0
Спин 1/2
Изотопический спин 1/2
Барионное число 1
Странность 0
Очарование 0
Другие свойства
Время жизни 880.1 ± 1.1 c[2]
Схема распада p^+ + e^- + \bar{\nu}_e
Кварковый состав udd


Нейтро́н (от лат. neuter — ни тот, ни другой) — элементарная частица, не имеющая электрического заряда. Нейтрон является фермионом и принадлежит к классу барионов. Атомные ядра состоят из нейтронов и протонов.

Содержание

Открытие

Открытие нейтрона (1932) принадлежит физику Дж. Чедвику, за это открытие он получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году.

В 1930 г. В. А. Амбарцумян и Д. Д. Иваненко показали, что ядро не может, как считалось в то время, состоять из протонов и электронов, что электроны, вылетающие из ядра при бета-распаде, рождаются в момент распада, и что кроме протонов, в ядре должны присутствовать некие нейтральные частицы.[3][4]

В 1930 Вальтер Боте и Г. Бекер, работавшие в Германии, обнаружили, что если высокоэнергетичные альфа-частицы, испускаемые полонием-210, попадают на некоторые лёгкие элементы, в особенности на бериллий или литий, образуется излучение с необычно большой проникающей способностью. Сначала считалось, что это — гамма-излучение, но выяснилось, что оно обладает гораздо большей проникающей способностью, чем все известные гамма-лучи, и результаты эксперимента не могут быть таким образом интерпретированы. Важный вклад сделали в 1932 Ирен и Фредерик Жолио-Кюри. Они показали, что если это неизвестное излучение попадает на парафин или любое другое соединение, богатое водородом, образуются протоны высоких энергий. Само по себе это ничему не противоречило, но численные результаты приводили к нестыковкам в теории. Позднее в том же 1932 году английский физик Джеймс Чедвик провёл серию экспериментов, в которых он показал, что гамма-лучевая гипотеза несостоятельна. Он предположил, что это излучение состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона, и произвёл серию экспериментов, подтвердивших эту гипотезу. Эти незаряженные частицы были названы нейтронами от латинского корня neutral и обычного для частиц суффикса on (он). В том же 1932 г. Д. Д. Иваненко[5] и затем В. Гейзенберг предположили, что атомное ядро состоит из протонов и нейтронов.

Основные характеристики

Несмотря на нулевой электрический заряд, нейтрон не является истинно нейтральной частицей. Античастицей нейтрона является антинейтрон, который не совпадает с самим нейтроном.

Строение и распад

кварковая структура нейтрона

Считается надёжно установленным, что нейтрон является связанным состоянием трёх кварков: одного «верхнего» (u) и двух «нижних» (d) кварков (кварковая структура udd). Близость значений масс протона и нейтрона обусловлена свойством приближённой изотопической инвариантности: в протоне (кварковая структура uud) один d-кварк заменяется на u-кварк, но поскольку массы этих кварков очень близки, такая замена слабо сказывается на массе составной частицы.

Поскольку нейтрон тяжелее протона, то он может распадаться в свободном состоянии. Единственным каналом распада, разрешённым законом сохранения энергии и законами сохранения электрического заряда, барионного и лептонного квантовых чисел, является бета-распад нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино (а также, возможно, гамма-квант). Поскольку этот распад идёт с образованием лептонов и изменением аромата кварков, то он обязан происходить только за счёт слабого взаимодействия. Однако, ввиду специфических свойств слабого взаимодействия, скорость этой реакции аномально мала из-за крайне малого энерговыделения (разности масс начальных и конечных частиц). Именно этим объясняется тот факт, что нейтрон является настоящим долгожителем среди элементарных частиц: его время жизни, приблизительно равное 15 минутам, примерно в миллиард раз больше времени жизни мюона — следующей за нейтроном метастабильной частице по времени жизни.

Кроме того, разница масс между протоном и нейтроном около 1,3 МэВ невелика по меркам ядерной физики. В результате, в ядрах нейтрон может находиться в более глубокой потенциальной яме, чем протон, и потому бета-распад нейтрона оказывается энергетически невыгодным. Это приводит к тому, что в ядрах нейтрон может быть стабильным. Более того, в нейтроно-дефицитных ядрах происходит распад протона в нейтрон (с захватом орбитального электрона или вылетом позитрона).

Другие свойства

Изоспины нейтрона и протона одинаковы (1/2), но их проекции противоположны по знаку. Проекция изоспина нейтрона по соглашению в физике элементарных частиц принимается равной −1/2, в ядерной физике +1/2 (поскольку в большинстве ядер нейтронов больше, чем протонов, это соглашение позволяет избегать отрицательных суммарных проекций изоспина).

Нейтрон — единственная[источник не указан 574 дня] из имеющих массу покоя элементарных частиц, для которой непосредственно наблюдалось гравитационное взаимодействие — искривление в поле земного тяготения траектории хорошо коллимированного пучка холодных нейтронов. Измеренное гравитационное ускорение нейтронов в пределах точности эксперимента совпадает с гравитационным ускорением макроскопических тел.

При огромном давлении внутри нейтронной звезды нейтроны могут деформироваться вплоть до того, что приобретают форму куба[11].

Направления исследований в физике нейтронов

Фундаментальные исследования:

  • возможность существования тетранейтронов и иных связанных состояний из одних только нейтронов
  • поиск возможных нейтрон-антинейтронных осцилляций
  • поиск электрического дипольного момента нейтрона
  • изучение свойств сильно нейтроно-избыточных лёгких ядер

Прикладные исследования:

  • получение и хранение холодных нейтронов
  • влияние потоков нейтронов на живые ткани и организмы
  • влияние сверхмощных потоков нейтронов на свойства материалов
  • изучение распространения нейтронов в различных средах
  • изучение различных типов структуры в физике конденсированных сред
  • нейтронно-дифракционный анализ
  • нейтронно-активационный анализ

См. также

Примечания

  1. 1 2 3 http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants --- Complete Listing
  2. 1 2 J. Beringer et al. (Particle Data Group), Phys. Rev. D86, 010001 (2012) http://pdg.lbl.gov/2012/tables/rpp2012-sum-baryons.pdf
  3. Ambarzumian, V., Iwanenko, D. Les électrons inobservables et les rayons // Compt. Rend. Acad Sci. Paris. — 1930. — Т. 190. — С. 582.
  4. V. A. Ambartsumian — a life in science // Astrophysics. — 2008. — Т. 51. — С. 280-293. — DOI:10.1007/s10511-008-9016-6
  5. Iwanenko, D. The neutron hypothesis // Nature. — 1932. — В. 3265. — Т. 129. — № (28 May 1932). — С. 798. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1007/s10511-008-9016-6
  6. CODATA Value: proton mass energy equivalent in MeV.
  7. CODATA Value: neutron mass in u.
  8. CODATA Value: neutron mass.
  9. CODATA Value: neutron-electron mass ratio.
  10. CODATA Value: neutron magnetic moment to nuclear magneton ratio.
  11. Felipe J. Llanes-Estrada, Gaspar Moreno Navarro. (2011), "Cubic neutrons", arΧiv:1108.1859v1 [nucl-th] 

Литература

Ссылки



Wikimedia Foundation. 2010.

Синонимы:

Смотреть что такое "Нейтрон" в других словарях:

  • НЕЙТРОН — (англ. neutron от лат. neuter ни тот, ни другой) (n), нейтральная элементарная частица со спином 1/2 и массой, превышающей массу протона на 2,5 электронных масс; относится к барионам. В свободном состоянии нейтрон нестабилен и имеет время жизни… …   Большой Энциклопедический словарь

  • НЕЙТРОН — (англ. neutron, от лат. neuter ни тот, ни другой) (n), электрически нейтральная элем. ч ца со спином 1/2 и массой, незначительно превышающей массу протона; относится к классу адронов и входит в группу барионов. Из протонов и Н. построены все ядра …   Физическая энциклопедия

  • НЕЙТРОН — (n), нейтральная элементарная частица с массой, незначительно превышающей массу протона. Открыта и названа английским физиком Дж. Чедвиком в 1932. Нейтроны устойчивы только в составе ядер. Масса нейтрона равна 1,7?10 24 г. Свободный нейтрон… …   Современная энциклопедия

  • НЕЙТРОН — (обозначение n), незаряженная ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА в ядрах всех химических элементов, кроме самого легкого изотопа ВОДОРОДА. Открыт Джеймсом ЧЕДВИКОМ. Вне ядра атома нейтрон нестабилен, разрушается с периодом полураспада 11,6 минут, превращаясь в …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • нейтрон — нуклон Словарь русских синонимов. нейтрон сущ., кол во синонимов: 2 • нуклон (5) • частица …   Словарь синонимов

  • Нейтрон — нейтральная элементарная частая с массой, близкой массе протона. Вместе с протонами нейтроны образуют атомное ядро. В свободном состоянии нейтрон нестабилен и распадается на протон и электрон. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом,… …   Термины атомной энергетики

  • Нейтрон — (n), нейтральная элементарная частица с массой, незначительно превышающей массу протона. Открыта и названа английским физиком Дж. Чедвиком в 1932. Нейтроны устойчивы только в составе ядер. Масса нейтрона равна 1,7ґ10 24 г. Свободный нейтрон… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • НЕЙТРОН — НЕЙТРОН, нейтрона, муж. (от лат. neutrum, букв. ни то, ни другое) (физ. неол.). Входящая в ядро атома материальная частица, лишенная электрического заряда, электрически нейтральная. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • НЕЙТРОН — НЕЙТРОН, а, муж. (спец.). Электрически нейтральная элементарная частица с массой, почти равной массе протона. | прил. нейтронный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • нейтрон — Нейтральная элементарная частая с массой, близкой массе протона. Вместе с протонами нейтроны образуют атомное ядро. В свободном состоянии нестабилен и распадается на протон и электрон. [http://pripyat.forumbb.ru/viewtopic.php?id=25] Тематики… …   Справочник технического переводчика

Книги

Другие книги по запросу «Нейтрон» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.