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Neutron
Neutron
Neutron bestehend aus Quarks (lila) und Gluonen (rot)
Komposition1 upquark, 2 Downquarks
WechselwirkungskräfteSchwach, stark, elektromagnetische Kraft und Erdanziehungskraft
Symboln, n0
AntiteilchenAntineutron
EntdecktJames Chadwick (1932)
Masse1,67493 × 10−27 kg
939,565 MeV/c2
1,008665 Sie
Läuft ab bis oder aber
Elektrische Ladung0 e
Spinne½
Materie besteht aus Elementarteilchen der kleinsten kleinsten

EIN Neutron ist ein subatomares Teilchen ohne elektrische Ladung das passiert in Atomkerne. Es besteht aus drei Quarks, nämlich zwei Downquarks und ein upquark. Alle außer einem Atomkerne enthalten zusätzlich einen oder mehrere Protonen auch ein oder mehrere Neutronen. Die einzige Ausnahme ist Protium (1H, die häufigste Form von Wasserstoff), dessen Kern nur aus einem Proton besteht. Die Masse des Neutrons ist fast gleich der des Protons (das Neutron ist etwas schwerer), aber dem Neutron fehlt die positive Ladung des Protons.

Entdeckung

1920 hatte Ernest Rutherford Spekulationen über die mögliche Existenz des Neutrons. Er hatte eine Ungleichung zwischen den Ordnungszahl und der Atommasse. Dieser Unterschied wurde zunächst mit der Annahme erklärt, dass die fehlenden Elektronen von Protonen aus dem Kern absorbiert wurden und so eine neutrale Proton-Elektron-Konfiguration gebildet haben.

Rutherfords Vision zerschmetterte 1927. der Mathematiker Paul Dirac angegeben, als Folge der Quantenmechanik, dass sowohl das Proton als auch das Elektron sich drehen und immer die gleiche Geschwindigkeit haben. Basierend auf dem, was heute als "Stickstoffanomalie“ wurde klar, dass ein Neutron keine Kombination dieser beiden Teilchen sein kann. Messungen zeigten, dass ein Stickstoffatom aus einer geraden Anzahl rotierender Kompositteilchen bestehen muss, aber Massenmessungen zeigten, dass eine ungerade Anzahl von „Neutronen“ vorhanden war. Rutherfords Bild der Proton-Elektron-Konfiguration entsprach nicht den Tatsachen.

1931 entdeckt Walther Bothe und Herbert Becker des Universität Heidelberg das beim Beschuss Beryllium mit starker Energie Alphateilchen eine ungewöhnlich durchdringende Strahlung wurde erzeugt. Zuerst dachte man, dass das gamma Strahlen obwohl sie durchdringender als Gammastrahlen ist. Der nächste große Beitrag wurde 1932 vom Ehepaar gemeldet Frederic und Irene Joliot-Curie. Ihre Experimente zeigten, dass diese emittierten Gammastrahlen so stark waren, dass sie Protonen ausstoßen konnten Paraffin, ein wasserstoffreiches Material, das durch das Via gestoßen wird Compton-Effekt.

Im Anschluss an diese Veröffentlichung deze James Chadwick eine Reihe von Experimenten, in denen er zeigte, dass er es nicht mit Gammastrahlen zu tun hatte, sondern mit dem von Rutherford postulierten neutralen Teilchen. Schon an 27. Februar1932, mehr als einen Monat nach Joliot-Curies Artikel erschien seine Antwort in Natur: "Mögliche Existenz eines Neutrons".[1] Ein umfangreicherer Artikel, jetzt mit dem selbstbewussten Titel "Die Existenz eines Neutrons" erschien drei Monate später im Verfahren des königliche Gesellschaft.[2][3] Durch Beryllium-9 mit schießen Alphateilchen (9Sei α → 12C n) konnte er die Masse des Neutrons bei 1.66033×10 . bestimmen−27 kg. 1935 erhielt Chadwick die Nobelpreis für Physik.

Eigenschaften

Es Feynman-Diagramm für Betazerfall eines Neutrons in a Proton, ein Elektron und Elektron-Antineutrino über ein W-Boson.

Das Restmenge eines Neutrons ist 1.008665 atomare Masseneinheit (a.e.), das ist 1,67493 × 10−27 kg. Das Teilchen kann freigesetzt werden bei Kernspaltung, zum Beispiel in Kernreaktoren und in der Explosion von a Atombombe, ist aber in diesem freien Zustand (dh außerhalb des Atomkerns) nicht stabil. Der Durchschnitt Ablaufzeit (bezeichnet durch τ) beträgt 14 Minuten und 46 Sekunden (886 Sekunden). Über die schwache Kernkraft es zerfällt zu a Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino.

Dies ist ein Beispiel für Betazerfall (Elektronenemission wird Betastrahlung erwähnt). Der Unterschied in Masse (1,3 MeV) zwischen dem Neutron (939,6 MeV) und dem etwas leichteren Proton (938,3 MeV) wird meist als Energie freigesetzt und ein kleinerer Teil (0,511 MeV) wird für das Elektron verwendet.

Auch Neutronen in instabilen Atomkernen können auf diese Weise zerfallen, aber auch innerhalb eines Atomkerns können Protonen durch inversen Betazerfall in ein Neutron übergehen. Diese Umwandlung erfolgt zusammen mit der Emission eines Antielektrons (Positron) und ein Elektron-Neutrino.

Auch die Umwandlung eines Protons in ein Neutron innerhalb des Atomkerns ist durch Elektroneneinfang möglich.

Positroneneinfang durch ein Neutron in Atomkernen, die einen Überschuss an Neutronen enthalten, ist ebenfalls möglich, wird aber entgegengewirkt, da Positronen vom positiv geladenen Atomkern abgestoßen werden und auch schnell vernichten, wenn sie auf Elektronen treffen.

Neutronen, die in einem Atomkern gebildet werden, sind stabil, weil die Instabilität eines Neutrons mit der Instabilität ausgeglichen wird, die im Kern entstehen würde, wenn ein Neutron durch Betazerfall in ein Proton umgewandelt wird. (Das Proton wird an abstoßenden Wechselwirkungen mit den anderen bereits im Kern vorhandenen Protonen teilnehmen.) Die gleiche Argumentation erklärt auch, warum Protonen – die im freien Raum stabil sind – sich in Neutronen umwandeln können, wenn sie in einem Atomkern gebunden sind.

Neutronen spielen bei Kernreaktionen eine wichtige Rolle:

Sie können auch verwendet werden für Strukturforschung:

Die Geschwindigkeit eines freien Neutrons entspricht einer bestimmten Temperatur, weshalb sie manchmal auch als Neutronentemperatur bezeichnet wird. Siehe auch Uran.

Da ein Neutron neutral ist, muss die Beobachtung eines Neutrons indirekt mit a . erfolgen Neutronendetektor.

Siehe auch

  • Liste der Eigenschaften von Baryonen