НЕЙТРОН

НЕЙТРОН

(англ. neutron, від латів. neuter - ні той, ні інший) (n), електрично нейтральна елем. ч-ца зі спином 1/2 і масою, трохи перевищує масу протона; відноситься до класу адронів і входить до групи баріонів. З протонів і Н. побудовано всі атомні ядра. Н. відкриті в 1932 англ. фізиком Дж. Чедвіком, який встановив, що виявлене ньому. фізиками В. Боте і Г. Бекер проникаюче, яке виникає при бомбардуванні ат. ядер a-частинками, складається з незарядж. ч-ц із масою, близькою до протонної.

Н. стійкі лише у складі стабільних ат. ядер. Вільний Н.- нестабільна ч-ця, що розпадається за схемою: n®p+e-+v=c (бета-розпад Н.); пор. Н. t = 15,3 хв. У в-ві вільні Н. існують ще менше (у щільних в-вах - одиниці - сотні мкс) внаслідок їхнього сильного поглинання ядрами. Тому вільні Н. виникають у природі або виходять у лабораторії тільки в отруту. реакціях. Вільні Н., взаємодіючи з ат. ядрами, викликають разл. . Велика ефективність Н. у здійсненні отрути. реакцій, своєрідність вз-ства з в-вом повільних Н. (резонансні ефекти, дифракц. розсіювання в кристалах і т. п.) роблять Н. виключно важливим знаряддям дослідження в отруту. фізики та фізики тв. тіла (див. НЕЙТРОНОГРАФІЯ). У практич. додатках Н. відіграють ключову роль у отруті. енергетиці, у виробництві трансуранових елементів та радіоакт. ізотопів (мистецтв.), а також використовуються в хім. аналізі (активаційний аналіз) та в геол. розвідці (нейтронний каротаж).

Основні характеристики нейтронів.

Маса. Найбільш точно визначена різниця мас Н. і протона: mn - mp = 1,29344 (7) МеВ, виміряна по енергетич. балансу разл. отрута. реакцій. Звідси (і відомої mp) mn = 939,5731 (27) МеВ або mn »1,675Х10-24 г»1840me (me - ел-на).

Спін та статистика. Спін Н. J був виміряний по розщепленню пучка дуже повільних Н. у неоднорідному магн. . Відповідно до квант. механіці, пучок повинен розщеплюватися на 2J+1 від. пучків. Спостерігалося розщеплення на два пучки, тобто для Н. J = 1/2 і Н. підпорядковується Фермі - Дірака статистиці (незалежно це було встановлено на основі експериментів. даних по будові ат. ядер).

Розсіювання повільних Н. на протонах при енергіях до 15 МеВ сферично симетричне в системі центру інерції. Це свідчить про те, що розсіювання визначається вз-ствием np може відносить. рухи з орбіт. моментом l=0 (т. зв. S-хвиля). S-розсіювання превалює над розсіюванням в ін станах, коли де Бройля Н. ?? радіусу дії отрута. сил. Т. к. при енергії 10 МеВ для Н. ? »2 10-13 см, ця особливість розсіювання Н. на протонах при таких енергіях дає відомості про порядок величини радіусу дії отрута. сил. З теорії розсіювання мікрочастинок випливає, що розсіювання в S стані слабко залежить від детальної форми потенціалу впливу і з хорошою точністю описується двома параметрами: ефф. радіусом r потенціалу та довжиною розсіювання а. Для опису np-розсіювання число параметрів удвічі більше, тому що система може перебувати у двох станах з різними значеннямиповного спина: 1 (триплетний стан) та 0 (синглетний стан). Досвід показує, що довжини розсіювання Н. протоном та ефф. радіуси вз-ствия в синглетном і триплетном станах різні, т. е. отрута. сили залежать від сумарного спина ч-ц. Зокрема зв'язок. стан системи np - ядро ​​дейтерію може існувати лише при спині 1. Довжина розсіювання в синглетному стані, визначена з дослідів з pp-розсіяння (два протони в S-стані, згідно з Паулі принципом, можуть перебувати тільки в стані з нульовим сумарним спином), дорівнює довжині np-розсіювання у синглетному стані. Це узгоджується з ізотопіч. інваріантністю сильної дії. Відсутність зв'язків. системи np у синглетному стані та ізотопіч. інваріантність отрута. сил приводять до висновку, що не може існувати зв'язок. системи двох Н-т.з. бінейтрон. Прямих дослідів з nn-розсіювання не проводилося через відсутність нейтронних мішеней, проте косв. дані (св-ва ядер) і найбільш безпосередні - вивчення реакцій 3Н+3Н®4Не+2n, p-+d®2n+g узгоджуються з гіпотезою ізотопіч. інваріантності отрута. сил та відсутністю бінейтрона. (Якби бінейтрон існував, то в цих реакціях спостерігалися б при цілком визнач. енергіях піки в енергетич. розподілах соотв. Вз-ствие в синглетном стані недостатньо велике, щоб утворити бінейтрон, це виключає можливості освіти зв'язок. системи з великої кількості одних тільки Н.- нейтронних ядер (ядра з трьох-чотирьох Н. не виявлено).

Ел е к т р о м а г н і т н о е в за і модей с т в і е. Ел.-магн. св-ва Н. визначаються наявністю у нього магн. моменту, а також існуючим усередині Н. розподілом покладе. і заперечують. зарядів та струмів. магніт. момент Н. визначає поведінку Н. у зовніш. ел.-магн. полях: розщеплення пучка Н. у неоднорідному магн. поле, прецесію спина Н. внутр. ел.-магн. структура Н. (див. ФОРМФАКТОР) проявляється при розсіянні ел-нів високої енергії на Н. та в процесах народження мезонів на Н. g-квантами. Вз-тіє магн. моменту Н. із магн. моментами електронних оболонок атомів істотно проявляється для Н., довжина де Бройля яких брало. розмірів (? НЕЙТРОНОГРАФІЯ). Інтерференція магн. розсіювання з ядерним дозволяє отримувати пучки поляризованих повільних Н. Вз-ність магн. моменту Н. з електрич. полем ядра викликає специфічність. швінгеровське розсіювання Н. (вказано вперше амер. фізиком Ю. Швінгер). Повне цього розсіювання невелике, проте при малих кутах (= 3 °) воно стає порівнянним з перерізом отрута. розсіювання; Н., розсіяні на такі кути, сильно поляризовані. Вз-ствие Н. з ел-ном, не пов'язане з прив. чи орбіт. моментом ел-на, зводиться в осн. до дії магн. моменту Н. з електронч. полем ел-на. Хоча це вз-ствие дуже мало, його вдалося спостерігати в ієск. експериментах.

НЕЙТРОН
Neutron

Нейтрон- Нейтральна частка, що відноситься до класу баріонів. Разом із протоном нейтрон утворює атомні ядра. Маса нейтрону mn = 938.57 МеВ/с 2 ≈ 1.675·10 -24 г. Нейтрон, як і протон, має спін 1/2ћ і є ферміоном. Він має і магнітний момент е ћ /2m р з – ядерний магнетон (m р – маса протона, використана Гауссова система одиниць). Розмір нейтрону близько 10 -13 см. Він складається з трьох кварків: одного u-кварка та двох d-кварків, тобто. його кваркова структура udd.
Нейтрон, як баріон, має баріонне число В = +1. Нейтрон нестабільний у вільному стані. Так як він дещо важчий за протон (на 0.14%), то він відчуває розпад з утворенням протона в кінцевому стані. При цьому закон збереження баріонного числа не порушується, оскільки баріонна кількість протона +1. Внаслідок цього розпаду утворюється також електрон е- та електронне антинейтрино e. Розпад відбувається за рахунок слабкої взаємодії.

Схема розпаду n → р + е - + e.

Час життя вільного нейтрону τ n ≈ 890 сек. У складі атомного ядра нейтрон може бути настільки ж стабільним, як і протон.
Нейтрон, будучи адроном, бере участь у сильній взаємодії.
Нейтрон був відкритий у 1932 р. Дж. Чедвіком.

Що таке нейтрон? Які його структура, властивості та функції? Нейтрони - це найбільші з частинок, що становлять атоми, що є будівельними блоками всієї матерії.

Структура атома

Нейтрони перебувають у ядрі - щільної області атома, також заповненої протонами (позитивно зарядженими частинками). Ці два елементи утримуються разом з допомогою сили, називаємо ядерної. Нейтрони мають нейтральний заряд. Позитивний заряд протона зіставляється з негативним зарядом електрона до створення нейтрального атома. Незважаючи на те, що нейтрони в ядрі не впливають на заряд атома, вони все ж таки мають багато властивостей, які впливають на атом, включаючи рівень радіоактивності.

Нейтрони, ізотопи та радіоактивність

Частка, яка знаходиться в ядрі атома - нейтрон на 0,2% більше за протон. Разом вони становлять 99,99% усієї маси одного і того ж елемента можуть мати різну кількість нейтронів. Коли вчені посилаються на атомну масу, мають на увазі середню атомну масу. Наприклад, вуглець зазвичай має 6 нейтронів та 6 протонів з атомною масою 12, але іноді він зустрічається з атомною масою 13 (6 протонів та 7 нейтронів). Вуглець з атомним номером 14 також існує, але трапляється рідко. Отже, атомна маса для вуглецю усереднюється до 12,011.

Коли атоми мають різну кількість нейтронів, їх називають ізотопами. Вчені знайшли способи додавання цих частинок в ядро ​​для створення великих ізотопів. Тепер додавання нейтронів не впливає на заряд атома, оскільки вони не мають заряду. Однак вони збільшують радіоактивність атома. Це може призвести до дуже нестійких атомів, які можуть розряджати високі рівні енергії.

Що таке ядро?

У хімії ядро ​​є позитивно зарядженим центром атома, який складається з протонів та нейтронів. Слово "ядро" походить від латинського nucleus, яке є формою слова, що означає "горіх" або "ядро". Цей термін був придуманий в 1844 Майклом Фарадеєм для опису центру атома. Науки, що беруть участь у дослідженні ядра, вивченні його складу та характеристик, називаються ядерною фізикою та ядерною хімією.

Протони та нейтрони утримуються сильною ядерною силою. Електрони притягуються до ядра, але рухаються так швидко, що їхнє обертання здійснюється на деякій відстані від центру атома. Заряд ядра зі знаком плюс походить від протонів, а що таке нейтрон? Це частка, яка не має електричного заряду. Майже вся вага атома міститься у ядрі, оскільки протони і нейтрони мають набагато більшу масу, ніж електрони. Число протонів в атомному ядрі визначає його ідентичність як елемента. Число нейтронів означає, який ізотоп елемент є атомом.

Розмір атомного ядра

Ядро набагато менше загального діаметра атома, тому що електрони можуть бути віддалені від центру. Атом водню в 145 000 разів більше свого ядра, а атом урану в 23 000 разів більший за свій центр. Ядро водню є найменшим, тому що воно складається із одиночного протона.

Розташування протонів та нейтронів у ядрі

Протон і нейтрони зазвичай зображуються як ущільнені разом і рівномірно розподілені за сферами. Однак це спрощення фактичної структури. Кожен нуклон (протон або нейтрон) може займати певний рівень енергії та діапазон позицій. У той час як ядро ​​може бути сферичним, воно може бути також грушоподібним, кулястим або дископодібним.

Ядра протонів і нейтронів є баріонами, що складаються з найменших званих кварками. Сила тяжіння має дуже короткий діапазон, тому протони та нейтрони повинні бути дуже близькими один до одного, щоб бути пов'язаними. Це сильне тяжіння долає природне відштовхування заряджених протонів.

Протон, нейтрон та електрон

Потужним поштовхом у розвитку такої науки, як ядерна фізика, стало відкриття нейтрона (1932). Дякувати за це слід англійського фізика, який був учнем Резерфорда. Що таке нейтрон? Це нестабільна частка, яка у вільному стані всього за 15 хвилин здатна розпадатися на протон, електрон та нейтрино, так звану безмасову нейтральну частинку.

Частка отримала свою назву через те, що не має електричного заряду, вона нейтральна. Нейтрони є дуже щільними. В ізольованому стані один нейтрон матиме масу всього 1,67 · 10 - 27, а якщо взяти чайну ложку щільно упаковану нейтронами, то шматок матерії, що вийшов, важитиме мільйони тонн.

Кількість протонів у ядрі елемента називається атомним номером. Це число дає кожному елементу унікальну ідентичність. В атомах деяких елементів, наприклад, вуглецю, число протонів в ядрах завжди однаково, але кількість нейтронів може різнитися. Атом цього елемента з певною кількістю нейтронів в ядрі називається ізотопом.

Чи небезпечні поодинокі нейтрони?

Що таке нейтрон? Це частинка, яка поряд з протоном входить в природу. Однак іноді вони можуть існувати самі по собі. Коли нейтрони знаходяться поза ядерами атомів, вони набувають потенційно небезпечних властивостей. Коли вони рухаються з високою швидкістю, вони спричиняють смертельну радіацію. Так звані нейтронні бомби, відомі своєю здатністю вбивати людей і тварин, при цьому мінімально впливають на неживі фізичні структури.

Нейтрони є дуже важливою частиною атома. Висока щільність цих частинок у поєднанні зі своєю швидкістю надає їм надзвичайну руйнівну силу та енергію. Як наслідок, вони можуть змінити або навіть розірвати частини ядра атомів, які вражають. Хоча нейтрон має чистий нейтральний електричний заряд, він складається із заряджених компонентів, які скасовують один одного щодо заряду.

Нейтрон в атомі – це крихітна частка. Як і протони, вони надто малі, щоб побачити їх навіть за допомогою електронного мікроскопа, але вони там є, тому що це єдиний спосіб, що пояснює поведінку атомів. Нейтрони дуже важливі для забезпечення стабільності атома, проте за межами його атомного центру вони не можуть існувати довго і розпадаються в середньому лише за 885 секунд (близько 15 хвилин).

НЕЙТРОН(n) (від латів. neuter - ні той, ні інший) - елементарна частка з нульовим електрич. зарядом і масою, трохи більшої маси протона. Поряд із протоном під загальним назв. нуклон входить до складу атомних ядер. H. має спин 1/2 і, отже, підкоряється Фермі - Дірака статистиці(є ферміоном). Належить до сімейства адра-нов;має баріонним числом B = 1, тобто входить до групи баріонів.

Відкритий в 1932 Дж. Чедвіком (J. Chadwick), який показав, що жорстке проникаюче випромінювання, що виникає при бомбардуванні ядер берилію a-частинками, складається з електрично нейтральних частинок з масою приблизно рівної протонної. У 1932 Д. Д. Іваненко та В. Гей-зенберг (W. Heisenberg) висунули гіпотезу про те, що атомні ядра складаються з протонів і H. На відміну від зарядів. частинок, H. легко проникає в ядра за будь-якої енергії і з великою ймовірністю викликає ядерні реакціїзахоплення (n, g), (n, a), (n, p), якщо баланс енергії реакції позитивний. Імовірність екзотерміч. ядерної реакції збільшується при уповільненні H. обернено пропорц. його швидкість. Збільшення ймовірності реакцій захоплення H. при їх уповільненні у водневмісних середовищах було виявлено Е. Фермі (E. Fermi) зі співробітниками в 1934. Здатність H. викликати поділ важких ядер, відкрита О. Ганом (О. Hahn) та Ф. Штрасманом (F .Strassman) в 1938 (див. Поділ ядер), послужила основою створення ядерної зброї та ядерної енергетики. Своєрідність взаємодії з речовиною повільних H., що мають дебройлівську довжину хвилі порядку атомних відстаней (резонансні ефекти, дифракція тощо), є основою широкого використання нейтронних пучків у фізиці твердого тіла. (Класифікацію H. за енергіями - швидкі, повільні, теплові, холодні, ультрахолодні - див. ст. Нейтронна фізика.)

У вільному стані H. нестабільний – відчуває B-розпад; n p + е - + v e; його час життя t n = = 898(14) з, гранична енергія спектра електронів 782 кеВ (див. Бета-розпад нейтрону). У зв'язаному стані у складі стабільних ядер H. стабільний (за експериментальними оцінками, його час життя перевищує 10 32 років). По астр. оцінок, 15% видимої речовини Всесвіту представлено H., що входять до складу ядер 4 He. H. є осн. компонентом нейтронних зірок. Вільні H. у природі утворюються в ядерних реакціях, що викликаються a-частинками радіоактивного розпаду, космічними променямий у результаті спонтанного чи вимушеного поділу важких ядер. Мистецтв. джерелами H. служать ядерні реактори, ядерні вибухи, прискорювачі протонів (на порівн. енергії) та електронів з мішенями з важких елементів. Джерелами монохроматичних пучків H. з енергією 14 МеВ є низькоенергетич. прискорювачі дейтронів з тритієвою або літієвою мішенню, а в майбутньому інтенсивними джерелами таких H. можуть виявитися термоядерні установки УТС. (Див. .)

Основні характеристики H.

Маса H. т п = 939,5731 (27) МеВ / с 2 = = 1,008664967 (34) ат. од. маси 1,675. 10 -24 р. Різниця мас H. і протона виміряна з наиб. точністю з енергетич. балансу реакції захоплення H. протоном: n + p d + g (енергія g-кванта = 2,22 МеВ), m n - m p = 1,293323 (16) МеВ / с2.

Електричний заряд H. Q n = 0. Найбільш точні прямі виміри Q n виконані за відхиленням пучків холодних або ультрахолодних H. в електростатич. поле: Q n<= 3·10 -21 е (е- Заряд електрона). Косв. дані з електрич. нейтральності мак-роскопіч. кількість газу дають Q n<= 2·10 -22 е.

Спін H. J= 1/2 був визначений із прямих дослідів із розщеплення пучка H. у неоднорідному магн. поле на дві компоненти [загалом число компонент дорівнює (2 J + 1)].

Магнітний момент H. Незважаючи на електронейтральність H. його магн. момент істотно відмінний від нуля: m n = - 1,91304184 (88) m Я, де m Я = е/ 2m p c- Ядерний магнетон (mр – маса протона); магнію знак. моменту визначається щодо спрямування його спина. Зіставлення магн. моментів протона (m p = 2,7928456) та H. дозволило висловити гіпотезу про роль p-мезонного оточення (шуби) "голого" нуклону у формуванні структури нуклону. Співвідношення m p і m n (m p /m n - 3 / 2) може бути пояснено в рамках уявлень про кваркову структуру нуклонів (див. нижче). наиб. точно m n виміряний порівнянням з m p методом ядерного магнітного резонансуна пучку холодних H.

Електричний дипольний момент H. Динамічний, тобто індукований, дипольний момент H. може виникати в сильному електрич. напр. при розсіянні H. на важкому ядрі, або при розсіянні g-квантів на дейтроні. Зміна енергії частки в електрич. поле визначається співвідношенням D = -(a про 2/2). E 2 де а 0 - поляризуемість частинки, E - Напруженість поля. Експерименти дають оцінки a 0<= 10 -42 см 3 (принята система единиц, в к-рой = з= 1).

Статич. електрич. дипольний момент (ЕДМ) елементарної частинки повинен бути тотожно дорівнює нулю, якщо взаємодії, які вона відчуває, інваріантні щодо звернення часу (T-Інваріант-ни). ЕДМ відмінний від нуля, якщо T-інваріантність порушена, що, згідно теоремі CPT(тобто інваріантності щодо спільного твору зарядового сполучення, просторової інверсіїта обігу часу), еквівалентно порушенню СР-Ін-варіантності. Хоча порушення СР-інваріантності було виявлено ще 1964 у розпаді K 0 L-мезону, досі СР-неінваріантні ефекти для інших частинок (або систем) не спостерігалися. У совр. об'єднаних калібрувальних теоріях елементарних частинок порушення T(або CP)-інваріантності може мати місце в електрослабкої взаємодіїхоча величина ефекту вкрай мала. разл. моделі порушення СР-інваріантності передбачають величину ЕДМ H. на рівні (10 -24 -10 -32) е.див. Через свою електрич. нейтральності H.- дуже зручний об'єкт для пошуків СР-не-інваріантність. наиб. чутливий і надійний метод - метод ЯМР з електрич. полем, накладеним на магн. іолі. Зміна напрямку електрич. поля при збереженні решти всіх характеристик резонансного спектрометра ЯМР викликає зміщення частоти ЯМР на величину D v = -4dЕ, де d- ЕДМ. Для d ~ 10 -25 е.см Dv ~10 -6 Гц. Використовуючи метод утримання ультрахолодних H. у ЯМР-спектрометрі, вдається досягти такої чутливості. Отримане наиб. точне обмеження на ЕДМ H.: d n<= 2·10 -25 е.див.

Структура H.

H. поряд з протоном належить до найлегших баріонів. За совр. уявленням, що складається з трьох найлегших валентних кварків(двох d-кварків та одного u-Кварка) трьох кольорів, що утворюють безбарвну комбінацію. Крім валентних кварків і пов'язують їх глюонівнуклон містить "море" віртуальних пар кварк - антикварк, у т. ч. важких (дивних, зачарованих тощо). Квантові числа H. повністю визначаються набором валентних кварків, а просторів. структура - динамікою взаємодії кварків та глюонів. Особливістю цієї взаємодії є зростання ефф. константи взаємодії ( ефективного заряду)зі збільшенням відстані, отже розмір області взаємодії обмежений областю т. зв. кон-файнменту кварків - областю невильоту кольорових об'єктів, радіус якої ~10 -13 см (див. Утримання кольору).

Слідувати. опис структури адронів на основі суч. теорії сильної взаємодії - квантової хромодинаміки- Поки зустрічає теоретич. Проблеми, але для мн. завдань цілком задовольнить. результати дає опис взаємодії нуклонів, що подаються як елементарні об'єкти, шляхом обміну мезонами. Експерим. Вивчення просторів. структури H. виконується за допомогою розсіювання високоенергійних лептонів (електронів, мюонів, нейтрино, що розглядаються в суч. теорії як точкові частки) на дейтронах. Внесок розсіювання на протоні вимірюється у отд. експерименті і може бути віднятий за допомогою визнач. обчислить. процедури.

Пружне та квазіпружне (з розщепленням дейтрона) розсіювання електронів на дейтроні дозволяє знайти розподіл щільності електрич. заряду та магн. моменту H. ( формфактор H.). Згідно з експериментом, розподіл густини магн. моменту H. з точністю порядку дек. відсотків збігається з розподілом щільності електрич. заряду протона і має середньоквадратичний радіус ~0,8 10 -13 см (0,8 Ф). магніт. форм-фактор H. досить добре описується т.з. дипольний ф-лой G M n = m n (1 + q 2/0,71) -2 , де q 2 - квадрат переданого імпульсу одиницях (ГэВ/с) 2 .

Більш складне питання про величину електрич. (зарядового) формфактору H. G E n. З експериментів з розсіювання на дейтроні можна зробити висновок, що G E n ( q 2 ) <= 0,1 в інтервалі квадратів переданих імпульсів (0-1) (ГеВ/с) 2 . При q 2 0 внаслідок рівності нулю електрич. заряду H. G E n - > 0, але експериментально можна визначити дG E n ( q 2 )/дq 2 | q 2=0. Ця величина наиб. точно знаходиться з вимірів довжини розсіювання H. на електронній оболонці важких атомів. основ. частина такої взаємодії визначається магн. моментом H. Найб. точні експерименти дають довжину ne-розсіювання а nе = -1,378 (18). 10 -16 см, що відрізняється від розрахункової, що визначається магн. моментом H.: a nе = -1,468. 10 -16 см. Різниця цих значень дає середньоквадратичний електрич. радіус H.<r 2 E n >= = 0,088(12) Філі дG E n ( q 2)/дq 2 | q 2 = 0 = -0,02 F2. Ці цифри не можна розглядати як остаточні через великий розкид даних разл. експериментів, що перевищують наведені помилки.

Особливістю взаємодії H. з більшістю ядер є поклад. довжина розсіювання, що призводить до коеф. заломлення< 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. Нейтронна оптика).

H. та слабка (електрослабка) взаємодія. Важливим джерелом відомостей про електрослабку взаємодію є b-розпад вільного H. .На кварковому рівні цей процес відповідає переходу. Зворотний процес взаємодії електронного антинейтрино з протоном, зв. зворотним b-розпадом. До цього ж класу процесів належить електронне захоплення, що має місце в ядрах, ре - n v e.

Розпад вільного H. з урахуванням кінематич. параметрів описується двома константами - векторною G V, що є внаслідок векторного струму збереженняуніверс. константою слабкої взаємодії, та аксіально-векторною G A, величина до-рой визначається динамікою сильно взаємодіючих компонентів нуклону - кварків і глюонів. Хвильові ф-ції початкового H. і кінцевого протона та матричний елемент переходу n p ​​завдяки ізотопіч. інваріантності обчислюються досить точно. Внаслідок цього обчислення констант G Vі G Aз розпаду вільного H. (на відміну обчислень з b-розпаду ядер) пов'язані з урахуванням ядерно-структурных чинників.

Час життя H. без урахування деяких поправок дорівнює: t n = k(G 2 V+ 3G 2 A) -1 , де kвключає кінематич. фактори та залежні від граничної енергії b-розпаду кулонівські поправки та радіаційні поправки.

Імовірність розпаду поляризів. H. зі спином S , енергіями та імпульсами електрона та антинейтрино та р е, у загальному вигляді описується виразом:

Коеф. кореляції a, А, В, Dможуть бути представлені у вигляді ф-ції від параметра а = (G A/G V,) Exp ( i f). Фаза f відрізняється від нуля або p, якщо T-інваріантність порушена. У табл. наведено експеримент. значення для цих коеф. і випливають із них значення aта f.

Є помітна відмінність даних разл. експериментів для т n досягає дек. відсотків.

Опис електрослабкої взаємодії за участю H. за більш високих енергій набагато складніше через необхідність враховувати структуру нуклонів. Напр., m - захоплення, m - p n v m описується принаймні подвоєним числом констант. H. відчуває також електрослабку взаємодію з ін адронами без участі лептонів. До таких процесів належать такі.

1) Розпади гіперонів L np 0 , S + np + , S - np - і т. д. Наведена ймовірність цих розпадів у дек. разів менше, ніж у недивних частинок, що описується запровадженням кута Кабіббо (див. Кабібо кут).

2) Слабка взаємодія n - n або n - p, яке проявляється як ядерні сили, що не зберігають просторів. парність. Звичайна величина обумовлених ними ефектів порядку 10 -6 -10 -7.

Взаємодія H. з середніми і важкими ядрами має ряд особливостей, що призводять в деяких випадках до значить. посилення ефектів незбереження парності в ядрах. Один із таких ефектів – відносить. різниця перерізу поглинання H. з поляризацією за напрямом поширення і проти нього, яка у разі ядра 139 La дорівнює 7% при = 1,33 еВ, відповідної р-хвильового нейтронного резонансу. Причиною посилення є поєднання малої енергії. ширини станів компаунд-ядра і великої щільності рівнів з протилежною парністю цього компаунд-ядра, що забезпечує на 2-3 порядку більше змішування компонент з різною парністю, ніж у станів ядер, що низько лежать. В результаті ряд ефектів: асиметрія випромінювання g-квантів щодо спини поляризів, що захоплюються. H. реакції (n, g), асиметрія вильоту заряд. частинок при розпаді компаунд-станів реакції (n, р) або асиметрія вильоту легкого (або важкого) осколка поділу реакції (n, f). Асиметрії мають величину 10 -4 -10 -3 при енергії теплових H. р-хвильових нейтронних резонансах реалізується доповн. посилення, пов'язане з пригніченістю ймовірності утворення компонентів цього компаунд-стану, що зберігає парність (через малу нейтронну ширину р-резонансу) по відношенню до домішкової компоненти з протилежною парністю, що є s-резонан-сом. Саме поєднання дек. факторів посилення дозволяє дуже слабкому ефекту виявлятися з величиною, характерною для ядерної взаємодії.

Взаємодії з порушенням баріонного числа. Теоретич. моделі великого об'єднанняі супероб'єднанняпередбачають нестабільність баріонів - їхній розпад у лептони та мезони. Ці розпади можна помітити лише найлегших баріонів - p і п, які входять до складу атомних ядер. Для взаємодії із зміною баріонного числа на 1, D B= 1, можна було б очікувати перетворення H. типу: n е + p - або перетворення з випромінюванням дивних мезонів. Пошуки такого роду процесів проводилися в експериментах із застосуванням підземних детекторів з масою в дек. тисяча тон. З цих експериментів можна зробити висновок, що час розпаду H. з порушенням баріонного числа становить понад 10 32 років.

Др. можливий тип взаємодії з D У= 2 може призвести до явища взаємоперетворення H. антинейтроніву вакуумі, тобто до осциляції . У відсутність внеш. полів або при їх малій величині стану H. і антинейтрону вироджені, оскільки їх маси однакові, тому навіть надслабка взаємодія може їх перемішувати. Критерієм дещиці внеш. полів є трохи енергії взаємодії магн. моменту H. з магн. полем (n і n ~ мають протилежні за знаком магн. моменти) в порівнянні з енергією, що визначається часом Tспостереження H. (відповідно до співвідношення невизначеностей), D<=hT-1. При спостереженні народження антинейтронів у пучку H. від реактора або ін. Tє час прольоту H. до детектора. Число антинейтронів у пучку зростає із зростанням часу прольоту квадратично: /N n ~ ~ (T/t осц) 2 де t осц - час осциляції.

Прямі експерименти зі спостереження народження та в пучках холодних H. від високопотокового реактора дають обмеження t осц > 10 7 с. У експериментах, що готуються, очікується збільшення чутливості до рівня t осц ~ 10 9 с. Обмежувальними обставинами є макс. інтенсивність пучків H. та імітація явищ анігіляції антинейтронів у детекторі косміч. променями.

Др. метод спостереження осциляції - спостереження анігіляції антинейтронів, які можуть утворюватися в стабільних ядрах. При цьому через велику відмінність енергій взаємодій антинейтрону, що виникає, в ядрі від енергії зв'язку H. ефф. час спостереження стає ~ 10 -22 с, але велика кількість ядер (~10 32) частково компенсує зменшення чутливості в порівнянні з експериментом на пучках H. З даних підземних експериментів з пошуку розпаду протона про відсутність подій з енерговиділенням ~2 ГеВ можна укласти з деякою невизначеністю, що залежить від незнання точного виду взаємодії антинейтрона всередині ядра, що t осц > (1-3) . 10 7 с. Істот. підвищення межі t осц у цих експериментах утруднено тлом, обумовленим взаємодією косміч. нейтрино з ядрами у підземних детекторах.

Слід зазначити, що пошуки розпаду нуклону з D B= 1 і пошуки-осциляції є незалежними експериментами, тому що викликаються принципово разл. видами взаємодій.

Гравітаційна взаємодія H. Нейтрон - одна з небагатьох елементарних частинок, падіння якої гравітація. Поле Землі можна спостерігати експериментально. Прямий вимір прискорення вільного падіння H. виконано з точністю 0,3% і не відрізняється від макроскопічного. Актуальним залишається питання дотримання еквівалентності принципу(рівності інертної та гравітаційної мас) для H. і протонів.

Найточніші експерименти виконані методом Ет-веша для тіл, що мають різні пор. значення відношення A/Z, де А- Ат. номер, Z- заряд ядер (у од. елементарного заряду е). З цих дослідів випливає однаковість прискорення вільного падіння H. і протонів лише на рівні 2·10 -9 , а рівність гравітац. та інертної маси на рівні ~10 -12 .

Гравітац. прискорення та уповільнення широко використовуються в дослідах з ультрахолодними H. Застосування гравітації. рефрактометр для холодних і ультрахолодних H. дозволяє з великою точністю виміряти довжини когерентного розсіювання H. на речовині.

H. у космології та астрофізиці

Відповідно до совр. уявленням, у моделі Гарячого Всесвіту (див. Гарячого Всесвіту теорія) Освіта баріонів, в т. Ч. Протонів і H., відбувається в перші хвилини життя Всесвіту. Надалі деяка частина H., не встигли розпастися, захоплюється протонами з утворенням 4 He. Співвідношення водню та 4 He при цьому становить масою 70% до 30%. При формуванні зірок та їх еволюції відбувається подальший нуклеосинтез, до ядер заліза. Утворення більш важких ядер відбувається в результаті вибухів наднових з народженням нейтронних зірок, що створюють можливість послідувати. захоплення H. нуклідами. У цьому комбінація т. зв. s-процесу - повільного захоплення H. з b-розпадом між послідовними захопленнями і r-процесу - швидкого послідовності. захоплення під час вибухів зірок в осн. може пояснити спостерігається поширеність елементіву косміч. об'єктах.

У первинному компоненті косміч. променів H. через свою нестабільність, ймовірно, відсутні. H., що утворюються біля поверхні Землі, що дифундують у косміч. простір і розпадаються там, мабуть, роблять внесок у формування електронної та протонної компоненти радіаційних поясівЗемлі.

Літ.:Гуревич І. С., Тарасов Л. Ст, Фізика нейтронів низьких енергій, M., 1965; Александров Ю. А.,. Фундаментальні властивості нейтрону, 2 видавництва, M., 1982.