Neytron nima

Neytron *( $n,n^{0}$ )*
Neytron ()
	; Neytronning kvark tuzilishi
Oilasi	fermion
Guruhi	adron, barion, N-barion, nuklon
Quyidagi o‘zaro ta'sirlarda ishtirok etadi	Kuchli, kuchsiz, elektromagnit va gravitatsion
Antizarracha	antineytron
Massa	939,565 420 52(54) MeV, 1,674 927 498 04(95)⋅10−27 kg, 1,008 664 915 95(49) a. m. b.
Yashash vaqti	878,4 ± 0,5 s
Nazariy jihatdan asoslangan	1930-yilda V. A. Ambarsumyan va D. D. Ivanenko
Aniqlangan	1930-yilda Valter Bote va uning shogirdi Gerbert Bekker; ; keyin 1932 -yilda Jeyms Chedvik
Nomlanishining kelib chiqishi	Lotincha o‘zak neutral va zarrachalar nomida odatda ishlatiladigan qo‘shimcha on (on)
Kvant sonlari
Elektr zaryadi	0 ; (tajriba natijasi: (−0,2 ± 0,8)⋅10−21 e)
Barion soni	1
Spin	1/2 ħ
Elektr dipol momenti	0 ; (tajriba natijasi: < 1,8⋅10−26 sm·e)
Elektr qutblanuvchanligi	1,18(11)⋅10−3 fm3
Zaryad radiusi	0,3399(25) fm
Magnit momenti	−1,913 042 76(45) yadro magnetoni, yoki −9,662 3653(23)×10−27 J/Tl
Magnit qutblanuvchanligi	0,37(12)⋅10−3 fm3
Ichki juftlik	1
Izotopik spin	−1/2
G‘alatilik	0
Maftunkorlik	0
Boshqa xossalari
Kvark tarkibi	udd
Parchalanish sxemasi	(99,08(7)%);; (0,92(7) %)
	Vikimedia omboridagi mediafayllar

Neytron (asli lotincha neuter — «na unisi, na bunisi») — og‘ir subatom zarracha bo‘lib, unda elektr zaryadi mavjud emas. Neytron fermion hisoblanadi va barionlar guruhiga kiradi. Neytronlar va protonlar — atom yadrolarining ikki asosiy tarkibiy qismidir; protonlar va neytronlarning umumiy nomi — nuklonlar.

Kashf etilishi

Neytronning kashf etilishi (1932) fizik Jeyms Chedvik nomi bilan bog‘liq. U V. Bote va G. Bekkerning (1930) tajribalari natijalarini izohladi. Tajribalarda poloniy parchalanganda ajraladigan α-zarrachalar yengil elementlarga ta'sir etib, yuqori singuvchanlikka ega nurlanishni yuzaga keltirishi aniqlangan edi. Chedvik yangi, yuqori singuvchan nurlanish neytronlardan iborat ekanini birinchi bo‘lib taxmin qildi va ularning massasini aniqladi. Bu kashfiyoti uchun u fizika bo‘yicha Nobel mukofotini oldi — 1935-yilda.

1930-yilda V. A. Ambarsumyan va D. D. Ivanenko o‘sha davrda hisoblanganidek, atom faqat protonlar va elektronlardan iborat bo‘la olmasligini, yadrodan beta-parchalanish vaqtida chiqadigan elektronlar aynan parchalanish paytida hosil bo‘lishini hamda yadroda protonlardan tashqari qandaydir neytral zarrachalar ham bo‘lishi kerakligini ko‘rsatdilar.

Aynan 1930-yilda Valter Bote va uning shogirdi Gerbert Bekker Germaniyada ishlab, shuni aniqladiki: yuqori energiyali alfa-zarrachalar, ya'ni poloniy-210 chiqaradigan zarrachalar, ayrim yengil elementlarga, xususan, berilliy yoki litiyga urilganda, nihoyatda kuchli singish qobiliyatiga ega nurlanish paydo bo‘ladi. Dastlab bu gamma-nurlanish deb hisoblangan, biroq uning singish qobiliyati o‘sha paytda ma'lum barcha gamma-nurlardan ancha yuqori ekani ma'lum bo‘ldi. Shu bois tajriba natijalarini bu taxmin bilan izohlab bo‘lmas edi. Mazkur tadqiqotga muhim hissani 1932-yilda Iren va Frederik Jolio-Kyuri qo‘shdilar. Ular noma'lum nurlanish parafin yoki vodorodga boy boshqa birikmaga tushganda, yuqori energiyali protonlar hosil bo‘lishini ko‘rsatdilar. Buning o‘zi biror nazariyaga zid emasdi, ammo olingan sonli natijalar nazariyada nomuvofiqliklar keltirib chiqardi. O‘sha 1932-yilning o‘zida ingliz fizigi Jeyms Chedvik o‘zining Kavendish laboratoriyasidagi (Kembrij) tajribalari orqali gamma-nurlar haqidagi farazning asossizligini ko‘rsatdi. Chedvik berilliyni alfa-zarrachalar bilan nurlantirdi; bunda (hozirgi belgilashlarda) quyidagi reaksiya sodir bo‘ladi: ⁹Be + ⁴He (α) → ¹²C + ¹n. U hosil bo‘layotgan nurlanish proton massasiga yaqin massali, elektr zaryadiga ega bo‘lmagan zarrachalardan iborat deb taxmin qildi va bu farazni tasdiqlovchi bir qator tajribalar o‘tkazdi. Ushbu zaryadsiz zarrachalar lotincha o‘zak neutr- va zarrachalar nomida odatiy bo‘lgan qo‘shimcha -on (-on) asosida neytronlar deb ataldi. O‘sha 1932-yilda D. D. Ivanenko va undan keyin V. Geyzenberg atom yadrosi protonlar va neytronlardan iborat degan fikrni ilgari surdilar.

Asosiy xususiyatlari

Massa (massasi taxminan 0,1378 % ga katta, bunda solishtirish uchun protonmassasi olingan; quyida CODATA ma'lumotlariga ko‘ra, 2022-yildagi tavsiya etilgan qiymatlar keltirilgan; qavs ichida xatolik oxirgi ahamiyatli raqam birligida, ya'ni bir standart og‘ish):
- 939,565 421 94(48) MeV;
- 1,008 664 916 06(40) a. m. b.;
- 1,674 927 500 56(85)⋅10⁻²⁷ kg;
- 1838,683 662 00(74) elektron massasi.
Elektr zaryadi: 0. Tajribada o‘lchangan qiymat nolga mos keladi: (−0,2 ± 0,8)⋅10⁻²¹ elementar elektr zaryadi.
Spin: 1⁄2 (fermion). Erkin neytron spini magnit ko‘zgulardan kogerent qaytish usuli yordamida o‘lchanadi.
Yashash vaqti erkin holatda: τ = 878,4 ± 0,5 soniya (yarim yemirilish davri T_1/2 = τ·ln 2 = 608,9 ± 0,3 soniya). Biroq turli usullar bilan o‘tkazilgan o‘lchovlar natijalarida tafovut aniqlangan.
Magnit momenti: −1,913 042 76(45) yadro magnetoni, yoki −9,662 3653(23)×10⁻²⁷ J/Tl. Neytronning magnit momenti molekulyar dastalar rezonans usuli yordamida o‘lchanadi.
Ichki juftlik: 1 ga teng.
O‘rtacha kvadratik zaryad radiusi: $\langle r^{2}\rangle =\int \rho (r)r^{2}d^{3}r$ ≈ −0,1155(17) fm² (manfiy ishora shuni anglatadiki, neytrondagi manfiy zaryad zarracha chetlariga, musbat zaryad esa markaziga yaqinroq taqsimlangan).
Elektr qutblanuvchanligi: 1,18(11)⋅10⁻³ fm³
Magnit qutblanuvchanligi: 0,37(12)⋅10⁻³ fm³.

Nolga teng elektr zaryadiga qaramay, neytron chinakam neytral zarracha emas. Neytronning antizarrachasi — antineytron bo‘lib, u neytronning o‘zi bilan bir xil emas. Neytron antineytron va boshqa antiadronlar (xususan, antiproton) bilan annihilatsiyaga uchraydi.

Neytron bilan uzunlik o‘lchamiga ega bo‘lgan bir nechta fizik kattalik bog‘liq:

Kompton to‘lqin uzunligi neytron uchun $\lambda _{K}={\frac {2\pi \hbar }{mc}}$ ≈ 1,319 590 903 82(67)⋅10⁻¹³ sm;
o‘rtacha kvadratik zaryad radiusi neytron uchun: ${\sqrt {\left|\langle r^{2}\rangle \right|}}={\sqrt {\left|\int \rho (r)r^{2}d^{3}r\right|}}$ ≈ 0,3399(25)⋅10⁻¹³ sm;
o‘rtacha kvadratik magnit radius neytron uchun: ${\sqrt {\langle r_{M}^{2}\rangle }}$ ≈ 0,864+0,009
−0,008⋅10⁻¹³ sm.
neytronning elektr qutblanuvchanligidan olingan kub ildiz: $(\alpha _{n})^{1/3}$ ≈ 0,106(3)⋅10⁻¹³ sm.
neytronning magnit qutblanuvchanligidan olingan kub ildiz: $(\beta _{n})^{1/3}$ ≈ 0,072(9)⋅10⁻¹³ sm.
neytronning elektr dipol momentining nisbati elementar zaryadga $\left|{\frac {d_{n}}{e}}\right|$ < 1,8⋅10⁻²⁶ sm;
gravitatsion radius neytron uchun $R_{G}={\frac {2Gm}{c^{2}}}$ ≈ 2,48⋅10⁻⁵² sm.

Tuzilishi va parchalanishi

Neytron uchta kvarkning bog‘langan holatidan iborat ekani ishonchli tarzda aniqlangan: bir «yuqori» (u) va ikkita «quyi» (d) kvark (kvark tuzilishi — udd). Proton va neytron massalarining bir-biriga yaqinligi taxminiy izotopik invariantlik xossasiga bog‘liq: protonda (kvark tuzilishi — uud) bitta d-kvark o‘rniga u-kvark keladi. Ammo bu kvarklarning massalari juda yaqin bo‘lgani sababli, bunday almashish tarkibiy zarrachaning massasiga uncha katta ta'sir ko‘rsatmaydi.

Neytron protondan og‘irroq bo‘lgani uchun erkin holatda parchalanishi mumkin. Energiya, elektr zaryadi, barion hamda lepton kvant sonlarining saqlanish qonunlariga mos keluvchi yagona parchalanish yo‘li — neytronning beta-parchalanishi bo‘lib, bunda proton, elektron va elektron antineytrinosi (ba'zan esa gamma-kvant ham) hosil bo‘ladi. Bu parchalanishda leptonlar paydo bo‘lib, kvarklarning turi o‘zgargani sababli, jarayon faqat kuchsiz o‘zaro ta'sir orqali sodir bo‘lishi mumkin. Biroq kuchsiz o‘zaro ta'sirning o‘ziga xos xususiyatlari va ajraladigan energiyaning juda ozligi (boshlang‘ich hamda yakuniy zarrachalar massalari farqining kichikligi) tufayli bu reaksiya nihoyatda sekin kechadi. Aynan shu sababli neytron elementar zarrachalar orasida haqiqiy uzoq yashovchi hisoblanadi: uning yashash vaqti taxminan 15 daqiqaga teng bo‘lib, myuonning — neytrondan keyingi yashash vaqti bo‘yicha navbatdagi metastabil zarrachaning — yashash vaqtidan taxminan bir milliard marta uzunroq.

Bundan tashqari, proton va neytron massalari orasidagi 1,293 332 51(38) MeV farq (yoki 0,001 388 449 48(40) a. m. b.) — yadro fizikasi nuqtayi nazaridan kichikdir. Shu sababli yadro ichida neytron potensial o‘rada protondan chuqurroq joylashishi mumkin va bunda neytronning beta-parchalanishi energetik jihatdan foydasiz bo‘lib qoladi. Natijada neytron yadroda barqaror bo‘lishi mumkin. Bundan tashqari, neytronlar yetishmaydigan yadrolarda proton neytronga beta-parchalanadi (bunda orbital elektron yutilishi yoki pozitron chiqishi sodir bo‘ladi); erkin proton uchun esa bu jarayon energetik jihatdan taqiqlangan.

Kvarklar darajasida neytronning beta-parchalanishini d-kvarklardan birining virtual W⁻-bozon chiqarib, u-kvarkka aylanishi deb tasvirlash mumkin. Virtual bozon darhol elektron va elektron antineytrinosiga parchalanadi.

Erkin neytronning parchalanishini o‘rganish kuchsiz o‘zaro ta'sir xususiyatlarini aniqlashtirish, shuningdek, vaqtga nisbatan invariantlik buzilishini va neytron–antineytron tebranishlarini tadqiq etish va shu kabilar uchun muhimdir.

Neytronning ichki tuzilishi ilk bor tajriba yo‘li bilan R. Xofshtadter tomonidan yuqori energiyali elektronlar dastasining (2 GeV) deytron tarkibidagi neytronlar bilan to‘qnashuvlarini o‘rganish orqali tadqiq etilgan (1961-yilgi fizika bo‘yicha Nobel mukofoti). Neytron radiusi ≈ 0,25·10⁻¹³ sm bo‘lgan, massa va zaryad zichligi yuqori og‘ir markaziy qism (yadrocha)dan iborat; uning umumiy zaryadi ≈ +0,35 e ga teng. Bu qismni nisbatan siyrak qobiq («mezon po‘stini») o‘rab turadi. Markazdan ≈ 0,25·10⁻¹³ dan ≈ 1,4·10⁻¹³ sm gacha bo‘lgan masofada bu qobiq asosan virtual ρ- va π-mezonlardan tashkil topgan bo‘lib, uning umumiy zaryadi ≈ −0,50 e ga teng. Markazdan ≈ 2,5·10⁻¹³ sm masofadan uzoqda virtual ω- va π-mezonlardan tashkil topgan qobiq joylashgan; ularning jami zaryadi taxminan +0,15 e.

Boshqa xossalari

Izospinlar neytron va proton uchun bir xil (1⁄2), ammo ularning proyeksiyalari ishorasi qarama-qarshidir. Izospin proyeksiyasi elementar zarrachalar fizikasida kelishuvga ko‘ra neytron uchun −1⁄2, yadro fizikasida esa +1⁄2 deb qabul qilinadi (aksariyat yadrolarda neytronlar protonlardan ko‘p bo‘lgani sababli, bunday kelishuv izospin proyeksiyalari yig‘indisining manfiy chiqishidan qochishga imkon beradi).

Neytron va proton Λ-, Σ-, Ξ-barionlar bilan birga spini 1⁄2 va barion zaryadi 1 bo‘lgan barionlar oktetini tashkil etadi.

Neytron — tinchlik massasiga ega elementar zarrachalar ichida gravitatsion o‘zaro ta'siri bevosita kuzatilgan yagona zarrachadir: Yerning tortishish maydonida yaxshi kollimatsiyalangan o‘ta sovuq neytronlar dastasi trayektoriyasining egilishi qayd etilgan. Tajriba aniqligi doirasida neytronlarning o‘lchangan gravitatsion tezlanishi makroskopik jismlarning erkin tushish tezlanishiga mos keladi.

Nihoyatda katta bosim ta'sirida neytron yulduzidagi neytronlar hatto kub shaklini oladigan darajada deformatsiyalanishi mumkin.

Neytronlar fizikasi bo‘yicha tadqiqot yo‘nalishlari

Fundamental tadqiqotlar:

faqat neytronlardan iborat tetraneytronlar va boshqa bog‘langan holatlar mavjud bo‘lishi ehtimolini o‘rganish;
mumkin bo‘lgan neytron–antineytron tebranishlarini izlash;
neytronning elektr dipol momentini izlashizlash. Agar neytron ishtirok etadigan barcha o‘zaro ta'sirlar vaqtni teskari aylantirishga nisbatan invariant bo‘lsa, uning elektr dipol momenti aynan nolga teng bo‘lar edi. Kuchsiz o‘zaro ta'sirlar esa vaqtni teskari aylantirishga nisbatan invariant emas. Shuning uchun neytron elektr dipol momentiga ega bo‘lishi kerak edi. Neytronda elektr dipol momenti nima sababdan kuzatilmagani hozircha noma'lum.
neytronning yashash vaqtini o‘lchash;
neytronning beta-parchalanishidagi korrelyatsiya koeffitsiyentlarini sovuq va o‘ta sovuq neytronlar yordamida o‘lchash
neytronlarga juda boy yengil yadrolarning xususiyatlarini o‘rganish.

Amaliy tadqiqotlar:

sovuq neytronlarni hosil qilish va saqlash;
neytron oqimlarining tirik to‘qimalar va organizmlarga ta'siri;
juda kuchli neytron oqimlarining materiallar xossalariga ta'siri;
neytronlarning turli muhitlarda tarqalishini o‘rganish;
turli tuzilmalarni o‘rganish — kondensatsiyalangan muhit fizikasida;
neytron-difraksion tahlil;
neytron-aktivatsion tahlil.

Adabiyotlar

Dubbers D., Schmidt M. G. Neytron va uning kosmologiya hamda elementar zarrachalar fizikasidagi roli (ingl.) // Rev. Mod. Phys. — 2011. — Jild. 83. — B. 1111–1171. — doi:10.1103/RevModPhys.83.1111.
Shirokov Yu. M., Yudin N. P. Yadro fizikasi. — M.: Nauka, 1972. — 670 b.
Mikrodunyo fizikasi : kichik ensiklopediya / Bosh muharrir: Shirkov D. V. — M.: Sovet ensiklopediyasi, 1980. — 528 b.
Korsunskiy M. I. Neytron. — M., L.: ONTI, 1935. — 224 b.
Yerozolimskiy B. G. Neytronning beta-parchalanishi (rus.) // UFN. — 1975. — J. 116, № 5. — B. 145—164. — doi:10.3367/UFNr.0116.197505e.0145.
Yerozolimskiy B. G. Neytronning beta-parchalanishi (rus.) // UFN. — 1977. — J. 123, № 12. — B. 692—693. — doi:10.3367/UFNr.0123.197712l.0692.

Havolalar

Neytronning xossalari (ingl.). Manba: Workman R. L. va boshqalar (Particle Data Group), Prog. Theor. Exp. Phys. 2022, 083C01 (2022) va 2023-yilgi yangilanish.
CODATA tomonidan tavsiya etilgan fundamental fizik doimiylarning 2022-yilgi xalqaro qiymatlari.