БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (НЕ)

Рис. 4. а — схема нейтринного телескопа, установленного в шахте Южной Индии на глубине около 2300 м : 1 — пластические сцинтилляционные элементы, площадью 1 м 2, каждый из которых просматривается двумя фотоумножителями 2; регистрируются четырёхкратные совпадения между парой фотоумножителей на одной стороне и любой парой — на другой; между сцинтилляторами установлено неск. слоев неоновых трубок 3 для фотографирования следов заряженных частиц, образованных нейтрино; 4 свинцовые поглотители толщиной 2,5 см ; б — случай неупругого взаимодействия нейтрино, пришедшего из нижней полусферы Земли; 5, 6 — следы, оставленные, по-видимому, мюоном и пи-мезоном, которые образовались внутри скалы при столкновении n mс нуклоном.

Рис. 3. При отражении в зеркале (пространственной инверсии) левое нейтрино n лпереходит в несуществующее состояние правого нейтрино n п(а). Реальное состояние получается при одновременном (с отражением) переходе от частицы к античастице, при этом n лпереходит в правое антинейтрино n п(б).

Нейтро'н(англ. neutron, от лат. neuter — ни тот, ни другой; символ n), нейтральная (не обладающая электрическим зарядом) элементарная частица со спином 1/ 2(в единицах постоянной Планка ) и массой, незначительно превышающей массу протона. Из протонов и Н. построены все ядра атомные. Магнитный момент Н. равен примерно двум ядерным магнетонам и отрицателен, т. е. направлен противоположно механическому, спиновому, моменту количества движения. Н. относятся к классу сильно взаимодействующих частиц (адронов) и входят в группу барионов, т. е. обладают особой внутренней характеристикой — барионным зарядом, равным, как и у протона (р), + 1. Н. были открыты в 1932 английским физиком Дж. Чедвиком, который установил, что обнаруженное немецкими физиками В. Боте и Г. Бекером проникающее излучение, возникающее при бомбардировке атомных ядер (в частности, бериллия) a-частицами, состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона.

Н. устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободный Н. — нестабильная частица, распадающаяся на протон, электрон (е -) и электронное антинейтрино :

среднее время жизни Н. t » 16 мин. В веществе свободные Н. существуют ещё меньше (в плотных веществах единицы — сотни мксек ) вследствие их сильного поглощения ядрами. Поэтому свободные Н. возникают в природе или получаются в лаборатории только в результате ядерных реакций (см. Нейтронные источники ) . В свою очередь, свободный Н. способен взаимодействовать с атомными ядрами, вплоть до самых тяжёлых; исчезая, Н. вызывает ту или иную ядерную реакцию, из которых особое значение имеет деление тяжёлых ядер, а также радиационный захват Н., приводящий в ряде случаев к образованию радиоактивных изотопов. Большая эффективность Н. в осуществлении ядерных реакций, своеобразие взаимодействия с веществом совсем медленных Н. (резонансные эффекты, дифракционное рассеяние в кристаллах и т.п.) делают Н. исключительно важным орудием исследования в ядерной физике и физике твёрдого тела. В практических приложениях Н. играют ключевую роль в ядерной энергетике производстве трансурановых элементов и радиоактивных изотопов (искусственная радиоактивность), а также широко используются в химическом анализе ( активационный анализ ) и в геологической разведке ( нейтронный каротаж ) .

В зависимости от энергии Н. принята их условная классификация: ультрахолодные Н. (до 10 -7 эв ) , очень холодные (10 -7—10 -4эв), холодные (10 -4—5×10 -3 эв ) , тепловые (5×10 -3—0,5 эв), резонансные (0,5—10 4 эв ) , промежуточные (10 4—10 5 эв ) , быстрые (10 5—10 8 эв ) , высокоэнергичные (10 8—10 10 эв ) и релятивистские (³ 10 10эв); все Н. с энергией до 10 5 эв объединяют общим названием медленные нейтроны.

О методах регистрации Н. см. Нейтронные детекторы.

Основные характеристики нейтронов

Масса. Наиболее точно определяемой величиной является разность масс Н. и протона: m n— m р = (1,29344 ± 0,00007) Мэв, измеренная по энергетическому балансу различных ядерных реакций. Из сопоставления этой величины с массой протона получается (в энергетических единицах)

m n = (939,5527 ± 0,0052) Мэв;

это соответствует m n » 1,6·10 -24 г, или m n » 1840 m е, где m е— масса электрона.

Спин и статистика.Значение 1/ 2для спина Н. подтверждается большой совокупностью фактов. Непосредственно спин был измерен в опытах по расщеплению пучка очень медленных Н. в неоднородном магнитном поле. В общем случае пучок должен расщепиться на 2 J + 1 отдельных пучков, где J — спин Н. В опыте наблюдалось расщепление на 2 пучка, откуда следует, что J = 1/ 2. Как частица с полуцелым спином, Н. подчиняется Ферми — Дирака статистике (является фермионом); независимо это было установлено на основе экспериментальных данных по строению атомных ядер (см. Ядерные оболочки ) .

Электрический заряд нейтрона Q = 0. Прямые измерения Q по отклонению пучка Н. в сильном электрическом поле показывают, что, по крайней мере, Q < 10 -17 e, где е — элементарный электрический заряд, а косвенные измерения (по электрической нейтральности макроскопических объёмов газа) дают оценку Q < 2·10 -22 е .

Другие квантовые числа нейтрона. По своим свойствам Н. очень близок протону: n и р имеют почти равные массы, один и тот же спин, способны взаимно превращаться друг в друга, например в процессах бета-распада; они одинаковым образом проявляют себя в процессах, вызванных сильным взаимодействие, в частности ядерные силы, действующие между парами р—р, n—p и n—n, одинаковы (если частицы находятся соответственно в одинаковых состояниях). Такое глубокое сходство позволяет рассматривать Н. и протон как одну частицу — нуклон, которая может находиться в двух разных состояниях, отличающихся электрическим зарядом Q. Нуклон в состоянии с Q = + 1 есть протон, с Q = 0 — Н. Соответственно, нуклону приписывается (по аналогии с обычным спином) некоторая внутренняя характеристика — изотонический спин I , равный 1/ 2, «проекция» которого может принимать (согласно общим правилам квантовой механики) 2 I + 1 = 2 значения: + 1/ 2и — 1/ 2. Т. о., n и р образуют изотопический дублет (см. Изотопическая инвариантность ) : нуклон в состоянии с проекцией изотопического спина на ось квантования + 1/ 2является протоном, а с проекцией — 1/ 2— Н. Как компоненты изотопического дублета, Н. и протон, согласно современной систематике элементарных частиц, имеют одинаковые квантовые числа: барионный заряд В =+ 1, лептонный зарядL = 0, странностьS = 0 и положительную внутреннюю чётность. Изотопический дублет нуклонов входит в состав более широкой группы «похожих» частиц — так называемый октет барионов с J = 1/ 2, В = 1 и положительной внутренней чётностью; помимо n и р в эту группу входят L -, S ±-, S 0-, X --, X 0 - гипероны, отличающиеся от n и р странностью (см. Элементарные частицы ) .