«Нейтрон»

(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 ħ) и массой, незначительно превышающей массу протона. Из протонов и Н. построены все ядра атомные (См. Ядро атомное). 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 (См. Барионный заряд), 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) α-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. τ 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 (См. Ядерная энергетика) 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^-4 эв), холодные (10^-4—5․10^-3 эв), тепловые (5․10^-3—0,5 эв), резонансные (0,5—10⁴эв), промежуточные (10⁴—10⁵ эв), быстрые (10⁵—10⁸эв), высокоэнергичные (10⁸—10¹⁰ эв) и релятивистские (≥ 10¹⁰ эв); все Н. с энергией до 10⁵ 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_n1840 m_е, где m_е — масса электрона.

Спин и статистика. Значение ¹/₂ для 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 2J + 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 (См. Ферми - Дирака статистика) (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 <>^-17e,где е — элементарный электрический заряд, а косвенные измерения (по электрической нейтральности макроскопических объёмов газа) дают оценку Q <>^-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 (См. Сильные взаимодействия), 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) 2I + 1 = 2 значения: + ¹/₂ и —¹/₂. Т. о., n и р образуют изотопический дублет (см. Изотопическая инвариантность): нуклон в состоянии с проекцией изотопического спина на ось квантования + ¹/₂ является 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 Λ^-, Σ^±-, Σ⁰-, Ξ^--, Ξ⁰-Гипероны, отличающиеся от n и р странностью (см. Элементарные частицы).

Магнитный дипольный момент нейтрона, определённый из экспериментов по ядерному магнитному резонансу, равен:

μ_n = — (1,91315 ± 0,00007) μ_я,

где μ_я=5,05․10^-24 эрг/гс — ядерный магнетон. Частица со спином ¹/₂, описываемая Дирака уравнением, должна обладать магнитным моментом, равным одному магнетону, если она заряжена, и нулевым, если не заряжена. Наличие магнитного момента у Н., так же как аномальная величина магнитного момента протона (μ_р = 2,79μ_я), указывает на то, что эти частицы имеют сложную внутреннюю структуру, т. е. внутри них существуют электрические токи, создающие дополнительный «аномальный» магнитный момент протона 1,79μ_я и приблизительно равный ему по величине и противоположный по знаку магнитный момент Н. (—1,9μ_я) (см. ниже).

Электрический дипольный момент.С теоретической точки зрения, электрический дипольный момент d любой элементарной частицы должен быть равен нулю, если взаимодействия элементарных частиц инвариантны относительно обращения времени (См. Обращение времени) (Т-инвариантность). Поиски электрического дипольного момента у элементарных частиц являются одной из проверок этого фундаментального положения теории, и из всех элементарных частиц, Н. — наиболее удобная частица для таких поисков. Опыты по методу магнитного резонанса на пучке холодных Н. показали, что d_n <>^-23 см·e.Этоозначает, что сильное, электромагнитное и слабое взаимодействия с большой точностью Т-инвариантны.

Взаимодействия нейтронов

Н. участвуют во всех известных взаимодействиях элементарных частиц — сильном, электромагнитном, слабом и гравитационном.

Сильное взаимодействие нейтронов. Н. и протон участвуют в сильных взаимодействиях как компоненты единого изотопического дублета нуклонов. Изотопическая инвариантность сильных взаимодействий приводит к определённой связи между характеристиками различных процессов с участием Н. и протона, например эффективные сечения рассеяния π⁺-мезона на протоне и π^--мезона на Н. равны, так как системы π⁺р и π^-n имеют одинаковый изотопический спин I = ³/₂ и отличаются лишь значениями проекции изотопического спина I₃ (I₃ = + ³/₂ в первом и I₃ = — ³/₂ во втором случаях), одинаковы сечения рассеяния К⁺ на протоне и К°на Н, и т.п. Справедливость такого рода соотношений экспериментально проверена в большом числе опытов на ускорителях высокой энергии. [Ввиду отсутствия мишеней, состоящих из Н., данные о взаимодействии с Н. различных нестабильных частиц извлекаются главным образом из экспериментов по рассеянию этих частиц на дейтроне (d) — простейшем ядре, содержащем Н.]

При низких энергиях реальные взаимодействия Н. и протонов с заряженными частицами и атомными ядрами сильно различаются из-за наличия у протона электрического заряда, обусловливающего существование дальнодействующих кулоновских сил между протоном и др. заряженными частицами на таких расстояниях, на которых короткодействующие ядерные силы практически отсутствуют. Если энергия столкновения протона с протоном или атомным ядром ниже высоты кулоновского барьера (которая для тяжелых ядер порядка 15 Мэв), рассеяние протона происходит в основном за счёт сил электростатического отталкивания, не позволяющих частицам сблизиться до расстояний порядка радиуса действия ядерных сил. Отсутствие у Н. электрического заряда позволяет ему проникать через электронные оболочки атомов и свободно приближаться к атомным ядрам. Именно это обусловливает уникальную способность Н. сравнительно малых энергий вызывать различные ядерные реакции, в том числе реакцию деления тяжёлых ядер. О методах и результатах исследований взаимодействия Н. с ядрами см. в статьях Медленные нейтроны, Нейтронная спектроскопия,Ядра атомного деление, Рассеяние медленных Н. на протонах при энергиях вплоть до 15 Мэв сферически симметрично в системе центра инерции. Это указывает на то, что рассеяние определяется взаимодействием n — р в состоянии относительного движения с орбитальным моментом количества движения l = 0 (так называемая S-волна). Рассеяние в S-cocтоянии является специфически квантовомеханическим явлением, не имеющим аналога в классической механике. Оно превалирует над рассеянием в др. состояниях, когда де-бройлевская длина волны Н.

порядка или больше радиуса действия ядерных сил (ħ — постоянная Планка, v — скорость Н.). Поскольку при энергии 10 Мэв длина волны Н.

эта особенность рассеяния Н. на протонах при таких энергиях непосредственно даёт сведения о порядке величины радиуса действия ядерных сил. Теоретическое рассмотрение показывает, что рассеяние в S-cocтоянии слабо зависит от детальной формы потенциала взаимодействия и с хорошей точностью описывается двумя параметрами: эффективным радиусом потенциала r и так называемой длиной рассеяния а. Фактически для описания рассеяния n — р число параметров вдвое больше, так как система np может находиться в двух состояниях, обладающих различными значениями полного спина: J = 1 (триплетное состояние) и J= 0 (синглетное состояние). Опыт показывает, что длины рассеяния Н. протоном и эффективные радиусы взаимодействия в синглетном и триплетном состояниях различны, т. е. ядерные силы зависят от суммарного спина частиц, Из экспериментов следует также, что связанное состояние системы np (ядро дейтерия) может существовать лишь при суммарном спине 1, в то время как в синглетном состоянии величина ядерных сил недостаточна для образования связанного состояния Н. — протон. Длина ядерного рассеяния в синглетном состоянии, определённая из опытов по рассеянию протонов на протонах (два протона в S-cocтоянии, согласно Паули принципу, могут находиться только в состоянии с нулевым суммарным спином), равна длине рассеяния n—p в синглетном состоянии. Это согласуется с изотопической инвариантностью сильных взаимодействий. Отсутствие связанной системы пр в синглетном состоянии и изотопическая инвариантность ядерных сил приводят к выводу, что не может существовать связанной системы двух Н. — так называемый бинейтрон (аналогично протонам, два Н. в S-cocтоянии должны иметь суммарный спин, равный нулю). Прямых опытов по рассеянию n—n не проводилось ввиду отсутствия нейтронных мишеней, однако, косвенные данные (свойства ядер) и более непосредственные — изучение реакций ³H + ³H → ⁴He + 2n, π^- + d → 2n + γ — согласуются с гипотезой изотопической инвариантности ядерных сил и отсутствием бинейтрона. [Если бы существовал бинейтрон, то в этих реакциях наблюдались бы при вполне определенных значениях энергии пики в энергетических распределениях соответственно α-частиц (ядер ⁴He) и γ-квантов.] Хотя ядерное взаимодействие в синглетном состоянии недостаточно велико, чтобы образовать бинейтрон, это не исключает возможности образования связанной системы, состоящей из большого числа одних только Н. — нейтронных ядер. Этот вопрос требует дальнейшего теоретического и экспериментального изучения. Попытки обнаружить на опыте ядра из трёх-четырёх Н., а также ядра ⁴H, ⁵H, ⁶H не дали пока положительного результата, Несмотря на отсутствие последовательной теории сильных взаимодействий, на основе ряда существующих представлении можно качественно понять некоторые закономерности сильных взаимодействий и структуры Н. Согласно этим представлениям, сильное взаимодействие между Н. и др. адронами (например, протоном) осуществляется путём обмена виртуальными адронами (см. Виртуальные частицы)— π-мезонами, ρ-мезонами и др. Такая картина взаимодействия объясняет короткодействующий характер ядерных сил, радиус которых определяется комптоновской длиной волны (См. Комптоновская длина волны) самого лёгкого адрона — π-мезона (равной 1,4․10^-13 см). Вместе с тем она указывает на возможность виртуального превращения Н. в др. адроны, например процесс испускания и поглощения π-мезона: n → p + π^- → n. Известная из опыта интенсивность сильных взаимодействий такова, что Н. подавляющее время должен проводить в подобного рода «диссоциированных» состояниях, находясь как бы в «облаке» виртуальных π-мезонов и др. адронов. Это приводит к пространственному распределению электрического заряда и магнитного момента внутри Н., физические размеры которого определяются размерами «облака» виртуальных частиц (см. также Формфактор). В частности, оказывается возможным качественно интерпретировать отмеченное выше приблизительное равенство по абсолютной величине аномальных магнитных моментов Н. и протона, если считать, что магнитный момент Н. создаётся орбитальным движением заряженных π^--мезонов, испускаемых виртуально в процессе n → p + π^- → n, а аномальный магнитный момент протона — орбитальным движением виртуального облака π⁺-мезонов, создаваемого процессом р → n + π⁺→ р.

Электромагнитные взаимодействия нейтрона. Электромагнитные свойства Н. определяются наличием у него магнитного момента, а также существующим внутри Н. распределением положительного и отрицательного зарядов и токов. Все эти характеристики, как следует из предыдущего, связаны с участием Н. в сильном взаимодействии, обусловливающем его структуру. Магнитный момент Н. определяет поведение Н. во внешних электромагнитных полях: расщепление пучка Н. в неоднородном магнитном поле, прецессию спина Н. Внутренняя электромагнитная структура Н. проявляется при рассеянии электронов высокой энергии на Н. и в процессах рождения мезонов на Н. γ-квантами (фоторождение мезонов). Электромагнитные взаимодействия Н. с электронными оболочками атомов и атомными ядрами приводят к ряду явлений, имеющих важное значение для исследования строения вещества. Взаимодействие магнитного момента Н. с магнитными моментами электронных оболочек атомов проявляется существенно для Н., длина волны которых порядка или больше атомных размеров (энергия Е эв), и широко используется для исследования магнитной структуры и элементарных возбуждений (спиновых волн (См. Спиновые волны))магнитоупорядоченных кристаллов (см. Нейтронография). Интерференция с ядерным рассеянием позволяет получать пучки поляризованных медленных Н. (см. Поляризованные нейтроны).

Взаимодействие магнитного момента Н. с электрическим полем ядра вызывает специфическое рассеяние Н., указанное впервые американским физиком Ю. Швингером и потому называемое «швингеровским». Полное сечение этого рассеяния невелико, однако при малых углах (Нейтрон 3°) оно становится сравнимым с сечением ядерного рассеяния; Н., рассеянные на такие углы, в сильной степени поляризованы.

Взаимодействие Н. — электрон (n—e), не связанное с собственным или орбитальным моментом электрона, сводится в основном к взаимодействию магнитного момента Н. с электрическим полем электрона. Другой, по-видимому меньший, вклад в (n—e)-взаимодействие может быть обусловлен распределением электрических зарядов и токов внутри Н. Хотя (n—e)-взаимодействие очень мало, его удалось наблюдать в нескольких экспериментах.

Слабое взаимодействие нейтрона проявляется в таких процессах, как распад Н.:

захват электронного антинейтрино протоном:

и мюонного нейтрино (ν_μ) нейтроном: ν_μ + n → р + μ^-, ядерный захват мюонов: μ^- + р → n + ν_μ, распады странных частиц (См. Странные частицы), например Λ → π° + n, и т.д.

Гравитационное взаимодействие нейтрона. Н. — единственная из имеющих массу покоя элементарных частиц, для которой непосредственно наблюдалось гравитационное взаимодействие — искривление в поле земного тяготения траектории хорошо коллимированного пучка холодных Н. Измеренное гравитационное ускорение Н. в пределах точности эксперимента совпадает с гравитационным ускорением макроскопических тел.

Нейтроны во Вселенной и околоземном пространстве

Вопрос о количестве Н. во Вселенной на ранних стадиях её расширения играет важную роль в космологии. Согласно модели горячей Вселенной (см. Космология), значительная часть первоначально существовавших свободных Н. при расширении успевает распасться. Часть Н., которая оказывается захваченной протонами, должна в конечном счёте привести приблизительно к 30%-ному содержанию ядер Не и 70%-ному — протонов. Экспериментальное определение процентного состава He во Вселенной — одна из критических проверок модели горячей Вселенной.

Эволюция звёзд в ряде случаев приводит к образованию нейтронных звёзд (См. Нейтронные звёзды), к числу которых относятся, в частности, так называемые Пульсары.

В первичной компоненте космических лучей (См. Космические лучи) Н. в силу своей нестабильности отсутствуют. Однако взаимодействия частиц космических лучей с ядрами атомов земной атмосферы приводят к генерации Н. в атмосфере. Реакция ¹⁴N (n, р)¹⁴С, вызываемая этими Н., — основной источник радиоактивного изотопа углерода ¹⁴C в атмосфере, откуда он поступает в живые организмы; на определении содержания ¹⁴C в органических остатках основан радиоуглеродный метод геохронологии (См. Геохронология). Распад медленных Н., диффундирующих из атмосферы в околоземное космическое пространство, является одним из основных источников электронов, заполняющих внутреннюю область радиационного пояса Земли (См. Радиационные пояса Земли).

Лит.: Власов Н. А., Нейтроны, 2 изд., М., 1971; Гуревич И. И., Тарасов Л. В., Физика нейтронов низких энергий, М., 1965.

Ф. Л. Шапиро, В. И. Лущиков.

1. нейтро́н;
2. нейтро́ны;
3. нейтро́на;
4. нейтро́нов;
5. нейтро́ну;
6. нейтро́нам;
7. нейтро́н;
8. нейтро́ны;
9. нейтро́ном;
10. нейтро́нами;
11. нейтро́не;
12. нейтро́нах.

НЕЙТРО́Н, -а, муж. (спец.). Электрически нейтральная элементарная частица с массой, почти равной массе протона.

| прил. нейтронный, -ая, -ое.

-а, м. физ.

Нейтральная частица, входящая в состав ядер атомов.

[От лат. neutrum — ни то, ни другое]

НЕЙТРО́Н, нейтрона, муж. (от лат. neutrum, букв. ни то, ни другое) (физ. неол.). Входящая в ядро атома материальная частица, лишенная электрического заряда, электрически нейтральная.

м.

Электрически нейтральная элементарная частица.

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 ок. 16 мин. Вместе с протонами нейтрон образуют атомные ядра; в ядрах нейтрон стабилен.

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 нестабилен, распадается на протон и электрон в среднем за время 15,3 мин. Источниками нейтронов являются ядерные реакторы, ядерные взрывы, ускорители заряженных частиц, термоядерные установки и др. В отличие от заряженных частиц, нейтроны легко проникают в ядра и захватываются ими. Нейтроны вызывают Деление тяжелых ядер (U и др.; смотри Деление атомных ядер).

муж.;
физ. neutron быстрый нейтрон ≈ fast neutron физ.м. физ. neutron attr.;
~ая бомба neutron bomb.

neutron

m.neutron

м физ.

Neutron n, pl -tronen

нейтрон м физ. Neutron n 1, pl -tronen

м. физ.

neutron m

м. физ.

neutrón m

м. спец.

neutrone

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 атомные. Н. открыты в 1932 англ. физиком Дж. Чедвиком, установившим, что обнаруженное нем. физиками В. Боте и Г. Бекером проникающее излучение, к-рое возникает при бомбардировке ат. ядер a-частицами, состоит из незаряж. ч-ц с массой, близкой к протонной.

Н. устойчивы только в составе стабильных ат. ядер. Свободный Н.— нестабильная ч-ца, распадающаяся по схеме:n®p+e-+v=c (бета-распад Н.); ср. время жизни Н. t=15,3 мин. В в-ве свободные Н. существуют ещё меньше (в плотных в-вах — единицы — сотни мкс) вследствие их сильного поглощения ядрами. Поэтому свободные Н. возникают в природе или получаются в лаборатории только в яд. реакциях. Свободные Н., взаимодействуя с ат. ядрами, вызывают разл. ядерные реакции. Большая эффективность Н. в осуществлении яд. реакций, своеобразие вз-ствия с в-вом медленных Н. (резонансные эффекты, дифракц. рассеяние в кристаллах и т. п.) делают Н. исключительно важным орудием исследования в яд. физике и физике тв. тела (см. НЕЙТРОНОГРАФИЯ). В практич. приложениях Н. играют ключевую роль в яд. энергетике, в производстве трансурановых элементов и радиоакт. изотопов (искусств. радиоактивность), а также используются в хим. анализе (активац. анализ) и в геол. разведке (нейтронный каротаж).

Классификацию Н. по энергиям (быстрые, медленные, тепловые и т. д.) см. в ст. (см. НЕЙТРОННАЯ ФИЗИКА).

Основные характеристики нейтронов.

Масса. Наиболее точно определена разность масс Н. и протона: mn--mp=1,29344(7) МэВ, измеренная по энергетич. балансу разл. яд. реакций. Отсюда (и известной mp) mn= 939,5731(27) МэВ или mn»1,675Х10-24 г»1840me (me — масса эл-на).

Спин и статистика. Спин Н. J был измерен по расщеплению пучка очень медленных Н. в неоднородном магн. поле. Согласно квант. механике, пучок должен расщепляться на 2J+1 отд. пучков. Наблюдалось расщепление на два пучка, т. е. для Н. J=1/2 и Н. подчиняется Ферми — Дирака статистике (независимо это было установлено на основе эксперим. данных по строению ат. ядер).

Электрический заряд Н. Q=0. Прямые измерения Q по отклонению пучка Н. в сильном электрич. поле дают Q<10-20e, а косвенные (по электрич. нейтральности макроскопич. объёмов газа) — Q<2
• 10-22 е (где е — величина заряда эл-на).

Д р у г и е к в а н т о в ы е ч и с л а. По своим св-вам Н. очень близок протону: n и p имеют почти равные массы, один и тот же спин, способны взаимно превращаться друг в друга (напр., в процессах b-распада), одинаковым образом проявляют себя в сильном вз-ствии. Такое глубокое сходство позволяет рассматривать Н. и протон как одну ч-цу — нуклон, к-рая может находиться в двух разных зарядовых состояниях. Нуклон в состоянии с Q=+1 есть протон, с Q=0 есть Н. Соответственно, нуклону приписывается (по аналогии с обычным спином) нек-рая внутр. хар-ка — изотопический спин I, равный 1/2, «проекция» к-рого может принимать 2I+1=2 значения: +1/2 и -1/2. Т. о., n и p образуют изотопич. дублет (см. ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ). Как компоненты изотопич. дублета, Н. и протон имеют одинаковые квант. числа: барионный заряд B=+1, лептонный заряд L=0, странность S=0 и положит. внутр. чётность. Изотопич. дублет нуклонов входит в состав более широкой группы «похожих» ч-ц — октет барионов. Все квант. хар-ки Н. объясняются кварковой моделью адронов, согласно к-рой Н. состоит из двух d-кварков и одного u-кварка (см. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ).

Магнитный дипольный момент Н., найденный из экспериментов по методу ЯМР, равен: mп=-1,91315(7)mя, где mя — яд. магнетон. Ч-ца с J=1/2, описываемая Дирака уравнением, должна обладать магн. моментом, равным магнетону, если она заряжена, и нулевым, если не заряжена. Наличие магн. момента у Н., так же как аномальная величина магн. момента протона (mр»2,79mя), указывает на то, что нуклоны обладают сложной внутр. структурой, т. е. внутри них существуют электрич. токи, создающие дополнит. аномальный магн. момент протона 1,79 mя и прибл. равный ему по величине и противоположный по знаку магн. момент Н. (-1,9mя). С другой стороны, согласно кварковой модели адронов, mn/mр»2/3, что также согласуется с наблюдаемыми значениями mп и mр.

Электрический дипольный момент. С теор. точки зрения электрич. дипольный момент d любой элем. ч-цы должен быть равен нулю, если вз-ствия ч-ц инвариантны относительно обращения времени (T-инвариантны). Одна из проверок этого фундам. положения теории — поиски d у элем. ч-ц, и Н.— наиб. удобная ч-ца для таких поисков. Опыты показали, что dn<2
• 10-25 см
• е. Это означает, что сильное, эл.-магн. и слабое вз-ствия с большой точностью T-инвариантны.

Взаимодействие нейтронов.

Н. участвуют во всех известных фундам. вз-ствиях элем. ч-ц.

С и л ь н о е в з а и м о д е й с т в и е. Изотопич. инвариантность сильного вз-ствия приводит к определ. связи между хар-ками разл. процессов с участием Н. и протона, напр. эфф. сечения рассеяния p+-мезона на протоне и p--мезона на Н. равны, т. к. системы p+p и p-n имеют одинаковый изотопич. спин I=3/2 и отличаются лишь проекциями изотопич. спина (I3=+3/2 в первом и I3=-3/2 во втором случае), одинаковы сечения рассеяния К+-мезона на протоне и К°-мезона на Н. и т. п. Справедливость такого рода соотношений экспериментально проверена в большом числе опытов. (Данные о вз-ствии разл. нестабильных ч-ц с Н. получают гл. обр. из экспериментов по рассеянию Н. на дейтроне.) Однако при низких энергиях вз-ствия n и p с заряж. ч-цами и ат. ядрами сильно различаются из-за наличия у протона электрич. заряда, обусловливающего существование дальнодействующих кулоновских сил между ним и др. заряж. ч-цами на таких расстояниях, на к-рых короткодействующие яд. силы практически отсутствуют. Отсутствие у Н. электрич. заряда позволяет ему проникать через электронные оболочки атомов и свободно приближаться к ядрам. Именно этим объясняется уникальная способность Н. сравнительно малых энергий вызывать разл. яд. реакции, в т. ч. деление тяжёлых ядер (см. ДЕЛЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА).

Рассеяние медленных Н. на протонах при энергиях до 15 МэВ сферически симметрично в системе центра инерции. Это указывает на то, что рассеяние определяется вз-ствием np в состоянии относит. движения с орбит. моментом l=0 (т. н. S-волна). S-рассеяние превалирует над рассеянием в др. состояниях, когда длина волны де Бройля Н.?? радиуса действия яд. сил. Т. к. при энергии 10 МэВ для Н.?»2
• 10-13 см, эта особенность рассеяния Н. на протонах при таких энергиях даёт сведения о порядке величины радиуса действия яд. сил. Из теории рассеяния микрочастиц следует, что рассеяние в S-состоянии слабо зависит от детальной формы потенциала вз-ствия и с хорошей точностью описывается двумя параметрами: эфф. радиусом r потенциала и длиной рассеяния а. Для описания np-рассеяния число параметров вдвое больше, т. к. система может находиться в двух состояниях с разными значениями полного спина: 1 (триплетное состояние) и 0 (синглетное состояние). Опыт показывает, что длины рассеяния Н. протоном и эфф. радиусы вз-ствия в синглетном и триплетном состояниях различны, т. е. яд. силы зависят от суммарного спина ч-ц. В частности, связ. состояние системы np — ядро дейтерия может существовать лишь при спине 1. Длина рассеяния в синглетном состоянии, определённая из опытов по pp-рассеянию (два протона в S-состоянии, согласно Паули принципу, могут находиться только в состоянии с нулевым суммарным спином), равна длине np-рассеяния в синглетном состоянии. Это согласуется с изотопич. инвариантностью сильного вз-ствия. Отсутствие связ. системы np в синглетном состоянии и изотопич. инвариантность яд. сил приводят к выводу, что не может существовать связ. системы двух Н-— т. н. бинейтрон. Прямых опытов по nn-рассеянию не проводилось из-за отсутствия нейтронных мишеней, однако косв. данные (св-ва ядер) и более непосредственные — изучение реакций 3Н+3Н®4Не+2n, p-+d®2n+g согласуются с гипотезой изотопич. инвариантности яд. сил и отсутствием бинейтрона. (Если бы бинейтрон существовал, то в этих реакциях наблюдались бы при вполне определ. энергиях пики в энергетич. распределениях соотв. a-частиц и g-квантов.) Хотя яд. вз-ствие в синглетном состоянии недостаточно велико, чтобы образовать бинейтрон, это не исключает возможности образования связ. системы из большого числа одних только Н.— нейтронных ядер (ядра из трёх-четырёх Н. не обнаружены).

Э л е к т р о м а г н и т н о е в з а и м о д е й с т в и е. Эл.-магн. св-ва Н. определяются наличием у него магн. момента, а также существующим внутри Н. распределением положит. и отрицат. зарядов и токов. Магн. момент Н. определяет поведение Н. во внеш. эл.-магн. полях: расщепление пучка Н. в неоднородном магн. поле, прецессию спина Н. Внутр. эл.-магн. структура Н. (см. ФОРМФАКТОР) проявляется при рассеянии эл-нов высокой энергии на Н. и в процессах рождения мезонов на Н. g-квантами. Вз-ствие магн. момента Н. с магн. моментами электронных оболочек атомов существенно проявляется для Н., длина волны де Бройля к-рых??ат. размеров (энергия?<10 эВ), и широко используется для исследования магн. структуры и элем. возбуждений (спиновых волн) магнитоупорядоч. кристаллов (см. НЕЙТРОНОГРАФИЯ). Интерференция магн. рассеяния с ядерным позволяет получать пучки поляризованных медленных Н. Вз-ствие магн. момента Н. с электрич. полем ядра вызывает специфич. швингеровское рассеяние Н. (указано впервые амер. физиком Ю. Швингером). Полное сечение этого рассеяния невелико, однако при малых углах (=3°) оно становится сравнимым с сечением яд. рассеяния; Н., рассеянные на такие углы, в сильной степени поляризованы. Вз-ствие Н. с эл-ном, не связанное с собств. или орбит. моментом эл-на, сводится в осн. к вз-ствию магн. момента Н. с электрнч. полем эл-на. Хотя это вз-ствие очень мало, его удалось наблюдать в иеск. экспериментах.

Слабое взаимодействие (I. проявляется в таких процессах, как распад Н.: n®p+e-+v=e, захват электронного антинейтрино протоном: v=e+р®n+е+ и мюонного нейтрино нейтроном: vm+n®p+m-, яд. захват мюонов: m-+р®n+vm, распады странных частиц, напр. L®p°+n, а также в яд. реакциях, вызываемых II. и идущих с нарушением пространств. чётности.

Г р а в и т а ц и о н н о е в з а и м о д е й с т в и е. Н.— единственная из имеющих массу покоя элем. ч-ц, для к-рой непосредственно наблюдалось гравитац. вз-ствие — искривление в поле земного тяготения траектории хорошо коллимированного пучка холодных Н. Измеренное гравитац. ускорение Н. в пределах точности эксперимента совпадает с гравитац. ускорением макроскопич. тел.

Нейтроны во Вселенной и околоземном пространстве.

Вопрос о кол-ве Н. во Вселенной на ранних стадиях её расширения играет важную роль в космологии. Согласно модели горячей Вселенной, значит. часть первоначально существовавших свободных Н. при расширении успевает распасться. Часть Н., к-рая оказывается захваченной протонами, должна в конечном счёте привести прибл. к 30%-ному содержанию ядер Не и 70%-ному — протонов. Эксперим. определение процентного содержания Не во Вселенной — одна из критич. проверок модели горячей Вселенной. Эволюция звёзд в ряде случаев приводит к образованию нейтронных звёзд (к числу к-рых относятся, в частности, пульсары). В первичной компоненте косм. лучей Н. из-за своей нестабильности отсутствуют. Однако вз-ствие ч-ц косм. лучей с ядрами атомов земной атмосферы приводит к генерации Н. в атмосфере. Реакция 14N (n, p) 14С, вызываемая этими Н.,— осн. источник радиоакт. изотопа углерода 14С в атмосфере, откуда он поступает в живые организмы; на определении содержания 14С в органич. остатках основан радиоуглеродный метод геохронологии. Распад медленных Н., диффундирующих из атмосферы в околоземное косм. пр-во, явл. одним из источников эл-нов, заполняющих внутр. область радиационных поясов Земли.

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 протон, электрон или антинейтрино. Его нейтральность позволяет проникать и впитываться в ядра, тем самым вызывая ядерное превращение и расщепление ядра. Является БАРИОНОМ со спином ¹/₂ и массой, немного большей, чем масса протона.

(англ. neutron, от лат. neuter-ни тот, ни другой), электрически нейтральная элементарная частица (символ п), входящая наряду с протонами (р)в состав практически всех атомных ядер. Общее название Н. и протонов в атомном ядре-нуклоны. Н. открыт в 1932 Дж. Чедвиком. Число Н. Nв атомном ядре равно разности массового числа Аи заряда ядра Z: N = А ЧZ; для стабильных ядер легких и средних элементов Nпримерно равно числу протонов Z; для тяжелых стабильных ядер Nв 1,3-1,5 раз больше Z.

Масса покоя Н. немного больше, чем масса р, и равна 1,6749543(86) 10^-24 г, то есть 1,008665012(37) атомных единиц массы (данные на 1976). Электрич. заряд Н. Qпринимают равным 0; прямые эксперименты по отклонению пучка Н. в сильном электрич. поле дают значение Q, меньшее 10^-20 е (е - элементарный электрич. заряд). Спин Н. равен 1/2 (в единицах постоянной Планка), магн. дипольный момент m _Н, определенный методом ЯМР, равен Ч 1,91315 (7) m _Я (m _Я -ядерный магнетон).

Н. устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободные Н. нестабильны, схема распада Н.: п р + е + ( -антинейтрино); эта схема соответствует b^- -распаду (см. Радиоактивность). Среднее время жизни свободного Н. 15,3 мин, период полураспада Т _1/2 10,603 мин. Из-за сильного поглощения свободных Н. атомными ядрами среднее время жизни Н. в в-ве значительно меньше; так, в плотном в-ве оно не превышает сотен мкс.

Отсутствие у Н. электрич. заряда приводит к тому, что они взаимод. непосредственно с атомными ядрами, либо вызывая ядерные реакции, либо рассеиваясь на ядрах. Характер и интенсивность взаимод. пучка Н. с в-вом существенно зависят от энергии Н. Различают релятивистские (энергия больше 10¹⁰ эВ), высокоэнергетические (10⁸-10¹⁰ эВ), быстрые (10⁵-10⁸ эВ), промежуточные (10⁴-10⁵ эВ), резонансные (0,5-10⁴ эВ), тепловые (5^.10^-3-0,5 эВ), холодные (10^-4-5^.10^-3 эВ), очень холодные (10^-7-10^-4 эВ) и ультрахолодные (энергия меньше 10^-7 эВ) Н. Медленные Н. (энергия ниже 10⁵ эВ) в осн. упруго рассеиваются на атомных ядрах или вызывают ядерные р-ции типа (n, g) (радиационный захват H.). С участием медленных Н. возможны также экзотермич. ядерные р-ции типа ( п, р), (п,a) или деление атомных ядер. Для снижения энергии Н. используют разл. замедлители нейтронов (графит, вода и т. д.), ядра к-рых не поглощают Н.

Для исследований строения в-ва используют тепловые Н., энергия к-рых сравнима с энергией тепловых колебаний атомов в твердом теле. При рассеянии тепловых Н. на монокристаллах имеет место дифракция Н. (см. Дифракционные методы). Наличие у Н. магн. дипольного момента вызывает рассеяние Н. на атомах, что дает возможность изучать магн. структуру материалов (см. Нейтронография).

Для регистрации Н. применяют детекторы, в материале к-рых Н. вызывают ядерные р-ции, сопровождающиеся образованием вторичных заряженных частиц, к-рые далее и регистрируют [напр., в детекторе на основе В при ядерной р-ции ¹⁰ В ( п,a)⁷Li возникают a-частицы].

Нейтронные пучки практически используются при синтезе радионуклидов, получении трансурановых элементов, в хим. анализе (см. Нейтронно-абсорбционный анализ, Актива-ционный анализ), горном деле (нейтронный каротаж), нейтронной авторадиографии (см. Радиография). В земной атмосфере свободные Н. непрерывно образуются в результате взаимод. космич. излучения с ядрами атомов, входящих в состав воздуха. Эти Н. приводят к непрерывному образованию в атмосфере радиоактивного ¹⁴ С при ядерной р-ции ¹⁴N(n, p)¹⁴C, на чем основан радиоуглеродный метод геохронологии. Об имеющих практич. значение источниках Н. см. в ст. Нейтронные источники.

Лит.: Власов Н. А., Нейтроны, 2 изд., М., 1971. С. С. Бердоносов.

НЕЙТРО́Н -а; м. [от лат. neuter - ни тот, ни другой] Физ. Нейтральная элементарная частица, входящая в состав ядер атомов.

◁ Нейтро́нный, -ая, -ое. Физ. Н-ое облучение.

* * *

(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 около 16 мин. Вместе с протонами нейтрон образуют атомные ядра; в ядрах нейтрон стабилен.

* * *

НЕЙТРО́Н (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 ок. 16 мин. Вместе с протонами нейтрон образуют атомные ядра; в ядрах нейтрон стабилен.

(от англ.neutron, от лат.neuter — ни тот ни другой) — электрически нейтральная элементарная частица с полуцелым спином и массой, несколько большей массы протона. В свободном состоянии протон нестабилен и распадается в среднем за 16 мин. Вместе с протонами нейтроны образуют атомные ядра всех химических элементов, поскольку в ядрах нейтроны стабильны и практически неотличимы от протонов, в связи с чем считаются двумя разными состояниями одной частицы — нуклона, различающегося квантовым числом, называемым изотопическим спином.

(англ. neutron, от лат. neuter - ни тот, ни другой) - электрически нейтральная элементарная частица с массой покоя т_п = (1.674 928 6 ± 0,0000010)*10^-27 кг, спином, равным 1/2, и магнитным моментом и = ( - 1,913 042 75±0,000 000 45)n_п, где n_N - ядерный магнетон. Н. и протоны входят в состав всех атомных ядер. Св-ва Н. и протона имеют сходство, проявляющееся в равенстве спинов и близости их масс покоя, в способности к взаимным превращениям (напр., при бета-распаде), в зарядовой независимости ядерных сил. Это позволяет рассматривать Н. и протон как два состояния (электрически незаряж. и заряж.) одной частицы - нуклона. В свободном состоянии Н. неустойчив: он распадается на протон, электрон и антинейтрино с периодом полураспада T_1/2 = (918 ± 14) с. Н. вызывают разл. ядерные реакции, в частности цепные ядерные реакции, Н используют для получения искусств. радиоактивных изотопов и в нейтронографии. Античастицей по отношению к Н. является антинейтрон, отличающийся от Н. знаком магнитного момента.

neutron

* * *

neutron

нейтро́н вылета́ет из … — a neutron escapes from …

замедля́ть нейтро́н — moderate a neutron

замедля́ть нейтро́н до теплово́й ско́рости — thermalize a neutron

испуска́ть нейтро́н — emit [eject, release] a neutron

поглоща́ть нейтро́н — absorb a neutron

рассе́ивать нейтро́ны — scatter neutrons

нейтро́н соударя́ется с … — a neutron collides with …

теря́ть нейтро́н — waste a neutron

втори́чный нейтро́н — secondary neutron

нейтро́н деле́ния — fission neutron

доче́рний нейтро́н — daughter neutron

мгнове́нный нейтро́н — prompt [instantaneous] neutron

перви́чный нейтро́н — primary neutron

теплово́й нейтро́н — thermal (velocity) neutron

м.

neutrone m

- блуждающий нейтрон

- ядерный нейтрон

астр., физ.

нейтро́н

- свободный нейтрон

- холодные нейтроны

астр., физ.

нейтро́н

- свободный нейтрон

- холодные нейтроны

астр.; физ. нейтро́н

(англ. neutron, от лат. neuter - ни тот, ни другой) (п), нейтральная элементарная частица со спином 1/2 и массой, превышающей массу протона на 2,5 электронных масс; относится к барионам. В свободном состоянии Н. нестабилен, распадается на протон и электрон за время ок. 15,3 мин. Вместе с протонами Н. образуют атомные ядра; в связанном состоянии в стабильных ядрах Н. стабилен. Открыт Дж. Чедвиком в 1932.

электрически нейтральная элементарная частица с массой покоя mn = (1,674920±0,000011)·10^-27 кг, спином, равным 1/2, и магнитным моментом pm = (—1,91315±0,00007)μN, где μN — ядерный магнетон. Вместе с протоном входит в состав атомных ядер. В свободном состоянии Н. неустойчив: распадается на протон, электрон и антинейтрино (период полураспада ТS = (1,01 ± 0,03)·103 с.

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.