Главная › Позвоночник › Распад нейтрона объясняется существованием. Нейтронный распад

Распад нейтрона объясняется существованием. Нейтронный распад

В атомном мире существуют, насколько нам известно, три важных закона сохранения, которые выполняются как в повседневной жизни, так и в огромной окружающей нас Вселенной.

К ним относятся законы сохранения импульса, сохранения момента количества движения и сохранения энергии.

Все три закона устанавливают соотношения между массой и скоростью - хорошо знакомыми нам величинами. Но атом и образующие его частицы, оказывается, подчиняются еще и четвертому закону сохранения, касающемуся совершенно незнакомого нам явления. Уже в 600 году до новой эры, благодаря исследованиям греческого философа Фалеса Милетского, было известно, что натертая ископаемая смола - янтарь - обладает свойством притягивать легкие предметы. Теперь принято говорить, что натертый янтарь получает электрический заряд или «электризуется». Слово «электричество» произошло от греческого elektron - янтарь.

В 1773 году французский физик Шарль Франсуа Дюфе продемонстрировал существование двух разных видов электрического заряда, один из которых был обнаружен на натертом янтаре, а другой - на натертом стекле. Разница между двумя этими электрическими зарядами видна из следующего опыта.

Подвесим два маленьких кусочка пробки рядом на шелковых ниточках. К каждому из них прикоснемся куском электрически заряженного янтаря, при этом некоторая часть электрического заряда стечет в каждый из кусочков пробки. Шелковые нити, к которым они подвешены, больше не висят вертикально, а отклоняются под углом. Теперь пробки находятся друг от друга дальше, чем они были до получения заряда. То же самое случится, если обоих кусочков пробки коснуться электрически заряженными кусочками стекла.

Если, однако, одного куска пробки коснуться заряженным янтарем, а другого стеклом, оба кусочка притянутся друг к другу. В этом и заключалась разница, которая привела Дюфе к предположению о существовании двух видов электрического заряда. Возникло обобщение: одноименные электрические заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются.

В сороковых годах XVIII века американец Бенджамин Франклин, человек широкого кругозора, начал эксперименты с электричеством. Он заметил, что если тела, несущего один вид заряда, коснуться телом, несущим равный по величине заряд другого знака, заряды нейтрализуют друг друга, и оба тела становятся электрически незаряженными. Как будто электрическая жидкость перелилась оттуда, где она была в избытке, туда, где ее не хватало. В результате в обоих местах установился какой-то средний уровень.

Франклин считал, что тело, содержащее электрическую жидкость в избытке, несет положительный электрический заряд, а тело, испытывающее ее недостаток, несет отрицательный электрический заряд. Он не мог сказать, какое тело содержит избыток, а какое недостаток, поэтому он произвольно принял заряд ненатертого стекла за положительный, а натертого янтаря - за отрицательный. Этих обозначений с того времени и придерживаются.

Последующие поколения физиков, изучавших поведение электрически заряженных тел, пришли к выводу, что суммарный электрический заряд замкнутой системы постоянен.

Действительно, когда натирают янтарь, электрический заряд не возникает из ничего. Если янтарь натирают рукой, отрицательный электрический заряд, полученный янтарем компенсируется точно таким же положительным зарядом, который получает рука. Сумма этих двух зарядов равна нулю. Когда электрический заряд с руки уходит в землю и растекается по всей земной поверхности, кажется, что он исчезает. Создается иллюзия «возникновения» заряда на янтаре. Мы рассмотрели уже аналогичные случаи с положительными и отрицательными импульсами или с моментами количества движения по и против часовой стрелки. Следовательно, можно сформулировать четвертый закон сохранения: сохранение электрического заряда.

Ядерные реакции и электрический заряд

Когда в 90-х годах прошлого века физики стали яснее представлять себе структуру атома, они обнаружили, что, по крайней мере, некоторые его части несут электрический заряд. Например, электроны, заполняющие внешние области атома, заряжены отрицательно, а ядро в центре атома несет положительный электрический заряд. Конечно, сразу же возник вопрос о величине этих зарядов, прежде чем ответить, рассмотрим некоторые единицы заряда.

Общепринятой единицей электрического заряда является кулон (по имени французского физика Шарля Огюстена Кулона, определившего в 1785 году величину электрического заряда по измеренной силе притяжения и отталкивания его другими зарядами). В 60-ваттной лампочке каждые две секунды через любую точку нити накала проходит электрический заряд в один кулон. Гораздо меньше электростатическая единица заряда. Кулон равен 3·10 9 электростатических единиц.

Но даже электростатическая единица чрезвычайно велика для измерения заряда одного электрона. Впервые с достаточной точностью заряд электрона измерил в 1911 году американский физик Роберт Эндрюс Милликен. Он оказался равным примерно половине миллиардной доли электростатической единицы. Согласно последним измерениям, заряд электрона составляет 4,80298·10 -10 электростатических единиц. Чтобы не пользоваться такой неудобной дробью, приняли электрический заряд электрона равным -1, где знак минус означает отрицательный заряд. Любой электрон, участвует ли он в электрическом токе или принадлежит атому какого-либо элемента, имеет заряд, точно равный -1, независимо от точности наших самых чувствительных инструментов.

Простейшее атомное ядро, т. е. ядро атома водорода имеет электрический заряд +1. Насколько позволяют судить наиболее чувствительные приборы, положительный заряд ядра водорода точно равен отрицательному заряду электрона (хотя, конечно, противоположен по знаку). Более тяжелые атомные ядра имеют большие положительные заряды, которые обязательно выражаются целым числом. До сих пор, по крайней мере, не обнаружили какого-либо дробного заряда, положительного или отрицательного.

Атомы каждого элемента имеют характерный ядерный заряд, отличный от заряда атомов других элементов. Например, все атомы водорода имеют ядерный заряд +1, все атомы гелия +2, все атомы углерода +6, все атомы урана +92. Этот ядерный заряд называется атомным номером.

Изотопы отличаются друг от друга массовым числами, но тем не менее они идентичны по атомному номеру и являются атомами одного и того же элемента. Существуют как атомы с ядерным зарядом +1 и массовым числом 1, так и атомы с ядерным зарядом +1 и массовым числом 2. Оба типа относятся к атомам водорода. Их называют водород-1 или водород-2, или 1 Н 1 и 1 H 2 , где индекс вверху справа - массовое число, индекс внизу слева- атомный номер. Таким же образом два изотопа урана записывают 92 U 238 и 92 U 235 .

Оба изотопа урана радиоактивны. Каждый распадается, излучая?-частицу и превращаясь в атом тория. Атомный номер тория 90, а?-частица, являющаяся ядром атома гелия, имеет атомный номер 2. Тогда можно записать:

U +92 > Th +90 + He +2 .

Начальное атомное ядро имело заряд +92, а два конечных ядра +90 и +2, т. е. в общей сложности +92. Это частный случай общего правила. Атом с атом номером х, излучив?-частицу, всегда превращается в другой атом с атомным номером х -2. Исключений никогда не наблюдали. Следовательно, в случае излучения?-частицы закон сохранения электрического заряда выполняется.

Применим ли закон сохранения электрического заряда к излучению атомным ядром?-частицы? Эта частица представляет собой электрон, который обозначается e -1 , так как электрон имеет заряд -1.

Рассмотрим далее поведение изотопов тория, образовавшихся при распаде урана. Они не очень распространены в природе, поскольку, в свою очередь, быстро распадаются. При этом излучается?-частица и образуется изотоп элемента протактиния, который имеет атомный номер 91 и обозначается символом Ра. Сосредоточив внимание на электрическом заряде, можно записать

Th +90 > Pa +91 + e -1 .

Снова наблюдаем сохранение электрических зарядов.

Атом с атомным числом х, излучив?-частицу, всегда превращается в другой атом с атомным числом х+1. Исключений из этого правила также не наблюдали. Значит, закон сохранения электрического заряда справедлив и для излучения?-частицы.

Атом, излучающий?-лучи, не меняет в процессе излучения атомного номера, так как фотон?-лучей не несет заряда.

Короче говоря, оказалось, что закон сохранения электрического заряда выполняется при любой ядерной реакции.

Строение ядра

Хотя вопрос об излучении?-частицы казался окончательно выясненным, поскольку закон сохранения электрического заряда выполнялся, физики продолжали свои исследования. Для них оставалось загадкой, как положительно заряженное ядро способно испускать отрицательно заряженную частицу.

Тот простой факт, что атомное ядро испускает?- и?-частицы, сам по себе свидетельствует о том, что ядро состоит из еще более мелких частей и, по крайней мере, одна из них должна нести положительный электрический заряд.

Почти десять лет после открытия электрона физики подстерегали некую положительно заряженную частицу, аналогичную отрицательно заряженному электрону. Но поиски не увенчались успехом. Самая маленькая положительно заряженная частица, которую удалось обнаружить, оказалась ядром водорода-1, и ее обозначили 1 H 1 . Электрический заряд ее был минимальным, т. е. в точности равнялся заряду электрона, но имел противоположный знак. Однако масса этой частицы была в 1836,11 раз больше массы электрона.

К 1914 году Резерфорд убедился, что ядро водорода является самой легкой положительно заряженной частицей, присутствующей во всех атомных ядрах. Но почему она гораздо тяжелее отрицательно заряженного электрона (хотя обе частицы имеют одинаковые заряды противоположного знака), - он не мог объяснить. И никто не смог, ни тогда, ни теперь. Это остается одной из нерешенных проблем ядерной физики по сей день.

В 1920 году Резерфорд предложил назвать эту положительно заряженную частицу протоном от греческого слова protos - первый, так как из-за своей большой массы он казался первой, т. е. самой важной, среди субатомных частиц. Масса протона по атомной шкале равна 1,00797, и в большинстве случаев без большой погрешности ее принимают за единицу.

Ядро водорода-1 состоит из одного протона. Казалось, все другие ядра должны содержать два или более протонов, но вскоре выяснилось, что атомные ядра (не водорода-1, а другие) не могут состоять только из протонов. Протон имеет электрический заряд +1 и массовое число, примерно равное единице, и если бы ядра состояли только из протонов, их атомный номер должен был равняться атомному числу. Но это верно только для водорода-1. Массовые числа других ядер больше их атомных номеров.

Рассмотрим, например, ядро азота с массовым числом 14. Если бы оно состояло только из протона, его электрический заряд был бы равен +14 и, следовательно, атомный номер был бы тоже 14. В действительности же электрический заряд ядра азота +7 и ядро можно обозначить как 7 N 14 . Что же происходит с остальными семью единицами заряда?

Сначала физики думали, что ответ заключается в наличии в ядре электронов. Если бы ядро азота содержало 14 протонов и 7 электронов, суммарная масса семи электронов была бы достаточно маленькой, чтобы ею пренебречь, зато электроны компенсировали бы половину положительных зарядов. В качестве побочного эффекта наличие ядерных электронов сказалось бы также на способности ядра излучать электроны в виде?-частиц. Эта модель строения ядра потерпела крах в вопросе о спине частицы.

Известно, что при движении заряженных частиц создается магнитное поле. В 1928 году английский физик Поль Дирак пришел к выводу, что заряженные частицы движутся даже тогда, когда кажется, что они находятся в покое. Лучше всего предположить, что такие частицы вращаются вокруг своей оси, т. е. имеют определенный момент количества движения. Если частица вращается, она должна обладать энергией, которая поглощается определенными порциями, или квантами. Это справедливо для всех вращающихся тел (даже для планет вроде Земли). Величина кванта, однако, так мала по сравнению с полной энергией вращения Земли, что если бы Земля получила квант или даже триллион квантов энергии вращения, никто ничего не заметил бы. Но если бы такой квант энергии получила субатомная частица, ее вращение заметно изменилось бы, так как для субатомной частицы квант очень велик. Вращение частицы нельзя обнаружить никакими измерениями, но можно показать, что значения спина частицы соответствуют только целому числу квантов энергии. Величина момента количества движения вращающейся частицы чрезвычайно мала. Поэтому была придумана специальная шкала, по которой спин фотона был принят равным единице, по этой шкале протон и электрон имеют спин 1/2 каждый. Момент количества движения бывает направлен по и против часовой стрелки. Протон или электрон могут вращаться в том или ином направлении и, следовательно, их спин равен либо +1/2, либо -1/2.

Рассмотрим систему, содержащую несколько таких частиц. Если справедлив закон сохранения момента количества движения, суммарный спин системы должен быть равен сумме спинов отдельных частиц. Пусть система состоит из четырех частиц - протонов или электронов, или тех и других вместе. Если каждая частица имеет спин +1/2 или -1/2, суммарный спин равен нулю или целой величине. Суммарный спин любой системы, содержащей четное число частиц, каждая из которых имеет спин + 1/2 или -1/2, всегда равен нулю или целому числу.

Если же система состоит из нечетного числа частиц каждая из которых имеет спин +1/2 или -1/2, суммарный спин никогда не будет равен целому числу или нулю, а будет принимать только полуцелые значения.

Следовательно, если атомное ядро состоит из протонов и электронов, суммарный спин ядра (ядерный спин) зависит от полного числа всех частиц. Тогда, если ядро азота 7 N 14 в самом деле состоит из 14 протонов и 7 электронов, общее число частиц 21, т. е. нечетное, и ядерный спин азота-14 должен быть равен 1/2.

Эксперименты, проведенные в 1929 году, показали, однако, что он равен целому числу.

Такое несоответствие было обнаружено и для некоторых других ядер. Стало совершенно ясно, что, если ядра содержат и протоны, и электроны, некоторые из них нарушают закон сохранения момента количества движения. Физики страшно не любят отказываться от закона, если есть возможность избежать этого, поэтому они бросились на поиски какого-либо другого объяснения строения ядра.

Предположим, что вместо пары протон - электрон в ядре присутствует одна незаряженная частица. Ее существование не влияет на закон сохранения электрического заряда, так как суммарный электрический заряд пары протон - электрон равен нулю, заряд заменяющей их частицы также равен нулю.

Разница заключается в моменте количества движения. Если протон и электрон имеют спины +1/2 или -1/2 каждый, суммарный спин будет равен +1, 0 или -1. Незаряженная же частица может обладать спином +1/2 или -1/2. Ядро азота-14 должно тогда состоять из протонов и незаряженных частиц.

Если масса нейтральной частицы равна массе протона, массовое число должно быть равно 14, а атомный номер (обусловленный одними протонами, так как только они обладают положительным зарядом) - семи, т. е. это был бы изотоп 7 N 14 . Только общее число частиц в ядре было бы 14, т. е. четным, вместо нечетного 21. Но при четном числе частиц, каждая из которых имеет спин 1/2, спин ядра азота должен быть целым числом. Таким образом, закон сохранения момента количества движения был бы спасен.

Трудность заключалась в самом отыскании этой незаряженной частицы.

Методы обнаружения субатомных частиц были основаны на их способности выбивать электроны из атомов, с которыми они сталкиваются, превращая их в ионы. Последние регистрируются разными приборами, используемыми физиками для изучения частиц.

Ионы образуются частицами, несущими любой тип заряда Отрицательно заряженная частица отталкивает отрицательно заряженные электроны и выбивает их из атома, вблизи которого она пролетает. Положительно заряженная частица притягивает электроны, вырывая их из ближайших к ней атомов. Незаряженная частица не взаимодействует с электронами, т. е. не образует ионов, а следовательно, ее нельзя обнаружить непосредственно. Тем не менее, существуют косвенные методы обнаружения невидимых обычно объектов. Если вы посмотрите в окно, вы увидите деревья, но не увидите воздуха. Однако если вы заметите, что листва на деревьях колышется, справедливо предположите, что она получает энергию за счет движения каких-то масс, которые вы не в состоянии видеть. Тщательно изучая поведение движущихся листьев, можно много узнать о свойствах воздуха, совсем не видя его.

Начиная с 1930 года ученые стали замечать, что при бомбардировке некоторых элементов?-частицами возникает излучение, которое нельзя обнаружить обычными методами. Если на пути такого излучения помещался парафин, из него вылетали протоны. Что-то сообщало протонам импульс. Переданный импульс был значительным, следовательно, излучение должно было состоять из очень тяжелых или очень быстрых частиц, а возможно, из тяжелых и одновременно быстрых. Английский физик Джеймс Чедвик сумел правильно истолковать полученные данные и в 1932 году заявил об открытии давно подозреваемой нейтральной частицы. Она была названа нейтроном. Нейтрон имеет массу, которая чуть-чуть больше массы протона; в настоящее время она принята равной 1,008655. У нейтрона нулевой электрический заряд и спин +1/2 или -1/2, т. е. именно те свойства, которые были необходимы, чтобы спасти закон сохранения момента количества движения.

Немецкий физик Вернер Карл Гейзенберг сразу же предположил, что ядро состоит из протонов и нейтронов, т. е. из двух разновидностей нуклонов, которые были упомянуты выше.

Поскольку массовые числа протонов и нейтронов равны примерно единице, массовое число любого ядра равно числу содержащихся в нем нуклонов. Атомный номер, представляющий собой электрический заряд ядра, равен числу протонов, так как только протоны несут электрический заряд. Ядро 2 Не 4 состоит из 2 протонов и 2 нейтронов (т. е. из четырех нуклонов), 8 O 16 состоит из восьми протонов и восьми нейтронов (т. е. из 16 нуклонов), 90 Th 232 состоит из 90 протонов и 142 нейтронов (т. е. из 232 нуклонов).

Все изотопы любого элемента имеют одинаковый атомный номер, следовательно, все они должны иметь одинаковое характерное число протонов в ядрах. Массовые числа у них разные, поэтому они должны иметь разное количество нуклонов. Разница эта возникает только из-за разницы числа нейтронов. Так, ядра двух изотопов углерода, 6 С 12 и 6 С 13 содержат 6 протонов и 6 нейтронов в первом случае и 6 протонов и 7 нейтронов во втором.

Что касается урана, то ядро 92 U 235 состоит из 92 протонов и 143 нейтронов, т. е. всего из 235 нуклонов, ядро 92 U 238 - из 92 протонов и 146 нейтронов, т. е. всего из 238 нуклонов.

Распад нейтрона

Протон-нейтронная модель ядра вполне удовлетворяет физиков и по сей день считается лучшей. Тем не менее, на первый взгляд она вызывает некоторые сомнения. Если атомное ядро состоит только из протонов и нейтронов, снова возникает вопрос о том, как могут вылететь из него отрицательно заряженные электроны в виде?-частиц. А что если электронов в ядре нет и они образуются в момент распада? Применим законы сохранения в поисках правильного решения.

Образование электрона означает возникновение отрицательного электрического заряда. Но по закону сохранения электрического заряда отрицательный заряд не может образоваться, пока одновременно не возникнет положительный. Однако ни одна положительно заряженная частица не вылетает из ядра вместе с?-частицей следовательно, такая частица должна остаться внутри ядра. Известно, что внутри ядра существует одна-единственная положительно заряженная частица - протон. Из всего сказанного следует, что, когда из ядра вылетает электрон, внутри ядра образуется протон. Перейдем к закону сохранения энергии. Протон обладает массой, и если он образуется, где-то в другом месте должна исчезнуть масса. Во всех ядрах, кроме водорода-1 присутствуют нейтроны. Будучи незаряженным, нейтрон появляется или исчезает, не нарушая закон сохранения электрического заряда. Следовательно, при излучении?-частицы внутри ядра исчезает нейтрон и одновременно возникает протон (рис. 4). Другими словами, нейтрон превращается в протон, испуская при этом электрон. Нарушение закона сохранения энергии не наблюдается, так как нейтрон чуть-чуть тяжелее протона. Протон и электрон вместе имеют массу 1,008374 по шкале атомных весов, а масса нейтрона равна 1,008665. При превращении нейтрона в электрон и протон масса 0,00029 «исчезает». В действительности она превращается в кинетическую энергию вылетающей?-частицы, равную примерно 320 кэв.

Рис. 4. Излучение?-частицы.

Такое объяснение кажется удовлетворительным, поэтому подведем итог, используя по возможности простую систему символов. Обозначим нейтрон n, протон p + , электрон е - и запишем уравнение излучения?-частицы:

n > р + + е - .

Наши рассуждения только косвенно отражают то, что происходит внутри ядра. В действительности нельзя заглянуть внутрь ядра и увидеть, как протон превращается в нейтрон, когда вылетает заряженный электрон. По крайней мере, до сих пор нельзя. А можно ли наблюдать отдельные нейтроны в свободном состоянии? Будут ли они, так сказать, на наших глазах превращаться в протоны и испускать быстрые электроны?

В 1950 году физикам удалось, наконец, получить ответ. Свободные нейтроны время от времени распадаются и превращаются в протоны, причем происходит это не часто. Каждый раз, когда нейтрон претерпевает такое изменение, излучается электрон.

Нейтроны существуют в свободном состоянии до тех пор, пока не произойдет распад, и вопрос о том, как долго длится этот период, очень важен. Когда конкретно нейтрон претерпит радиоактивный распад, - сказать невозможно. Процесс этот носит случайный характер. Один нейтрон существует, не распадаясь, одну миллионную долю секунды, другой - пять недель, третий - двадцать семь миллиардов лет. Тем не менее, для большого количества частиц одного типа с достаточной степенью точности можно предсказать, когда распадется определенный процент их. (Аналогичным образом страховой статистик не может предсказать, как долго будет жить отдельный человек, но для большой группы людей определенного возраста, профессии, места жительства т. д. со значительной точностью он может предсказать, через сколько времени половина из них умрет.)

Время, в течение которого распадается половина частиц данного типа, называют обычно периодом полураспада частицы. Этот термин был введен Резерфордом в 1904 году. Каждый вид частиц имеет свой собственный характерный период полураспада. Например, период полураспада урана-238 4,5·10 9 лет, тория-232 гораздо больше - 1,4·10 10 лет. Поэтому уран и торий до сих пор встречаются в значительных количествах в земной коре, несмотря на то что в каждый момент некоторые из их атомов распадаются. В течение всей пятимиллиардной истории Земли распалась только половина запасов урана-238 и гораздо меньше половины запасов тория-232.

Некоторые радиоактивные ядра гораздо менее стабильны. Например, когда уран-238 излучает?-частицу, он превращается в торий-234. Период полураспада тория-234 только 24 дня, поэтому в земной коре имеются лишь следы этого элемента. Он очень медленно образуется из урана-238 и, образовавшись, очень быстро распадается.

Распадаясь, торий-234 излучает?-частицу. Внутри ядра тория нейтрон превращается в протон. Это превращение тория-234 происходит с такой скоростью, что период полураспада равен двадцати четырем дням, В других радиоактивных изотопах нейтроны гораздо медленнее превращаются в протоны. Например, калий-40 излучает?-частицы с периодом полураспада 1,3·10 9 лет. Некоторые изотопы вовсе не подвержены радиоактивному распаду. Так, в ядрах атомов кислорода-16, насколько известно, ни один нейтрон сам по себе не превращается в протон, т. е. период полураспада бесконечен. Однако нас больше всего интересует период полураспада свободного нейтрона. Свободный нейтрон не окружен другими частицами, которые делали бы его более или менее стабильным, удлиняя или укорачивая его период полураспада, т. е. в случае свободного нейтрона мы имеем, так сказать, неискаженный период полураспада. Оказывается, он равен примерно двенадцати минутам, следовательно, половина из триллиона нейтронов превращается в протоны и электроны в конце каждой двенадцатой минуты.

Редкие каналы распада

Данный канал распада реализуется с вероятностью 0,32 ± 0,16 % . Этот результат пока ожидает подтверждения другими группами исследователей. Спектр гамма-квантов должен лежать в диапазоне от 0 до 782 кэВ и зависеть от энергии (в первом приближении) как E −1 . С физической точки зрения, этот процесс представляет собой тормозное излучение образующегося электрона.

Должен существовать также канал распада свободного нейтрона в связанное состояние - атом водорода

Однако из экспериментов известно лишь, что вероятность такого распада меньше 3 % (парциальное время жизни по этому каналу превышает 3·10 4 с) . Теоретически ожидаемая вероятность распада в связанное состояние по отношению к полной вероятности распада равна 3,92·10 −6 . Связанный электрон для выполнения закона сохранения углового момента должен возникать в S -состоянии (с нулевым орбитальным моментом), в том числе с вероятностью ≈84 % - в основном состоянии, и 16 % - в одном из возбуждённых S -состояний атома водорода .

См. также

Примечания

Литература

Б. Г. Ерозолимский (1975). «Бета-распад нейтрона ». Успехи физических наук 116 (1): 145–164.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Бета-распад нейтрона" в других словарях:

Диаграмма Фейнмана для бета распада нейтрона на протон, электрон и электронное антинейтрино при участии виртуального тяжёлого W бозона Бета распад нейтрона спонтанное превращение свободного нейтрона в протон с излучением β частицы (электрона) и… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Бета. Ядерная физика … Википедия

- (b распад). самопроизвольные (спонтанные) превращения нейтрона n в протон р и протона в нейтрон внутри ат. ядра (а также превращение в протон свободного нейтрона), сопровождающиеся испусканием эл на е или позитрона е+ и электронных антинейтрино… … Физическая энциклопедия

Самопроизвольные превращения нейтрона в протон и протона в нейтрон внутри атомного ядра, а также превращение свободного нейтрона в протон, сопровождающееся испусканием электрона или позитрона и нейтрино или антинейтрино. двойной бета распад… … Термины атомной энергетики

Бета распад, радиоактивные превращения атомных ядер, в процессе к рьхх ядра испускают электроны и антинейтрино (бета распад) либо позитроны и нейтрино (бета+ распад). Вылетающие при Б. р. электроны и позитроны носят общее назв. бета частиц. При… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием (или поглощением) электрона и антинейтрино или позитрона и нейтрино. Известны типы бета распада: электронный распад (превращение нейтрона в протон), позитронный распад (протона в… … Большой Энциклопедический словарь

Бета-распад - (β распад) радиоактивные превращения атомных ядер, в процессе которых ядра испускают электроны и антинейтрино (β распад) либо позитроны и нейтрино (β+ распад). Вылетающие при Б. р. электроны и позитроны носят общее название бета частиц (β частиц) … Российская энциклопедия по охране труда

- β распад, радиоактивный распад атомного ядра, сопровождающийся вылетом из ядра электрона или позитрона. Этот процесс обусловлен самопроизвольным превращением одного из нуклонов ядра в нуклон другого рода, а именно: превращением либо… … Большая советская энциклопедия

- {{бета расп{}а{}д}} а; м. Физ. Радиоактивное превращение атомного ядра, при котором испускаются электрон и антинейтрино, либо позитрон и нейтрино. * * * бета распад (β распад), самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием (или… … Энциклопедический словарь

- (В распад), самопроизвольное превращение атомных ядер, сопровождающееся испусканием (или поглощением) электрона и антинейтрино или позитрона и нейтрино. Известны типы Б. р.: электронный распад (превращение нейтрона в протон), позитронный распад… … Естествознание. Энциклопедический словарь

Книги

О проблемах излучения и вещества в физике. Критический анализ существующих теорий: метафизичность квантовой механики и иллюзорность квантовой теории поля. Альтернатива - модель мерцающих частиц , Петров Ю.И.. Книга посвящена анализу проблем единства и противостояния понятий "волна" и"частица" . В поисках решения этих проблем тщательно анализировались математические основы фундаментальных…

Рис. 4. Излучение?-частицы.

Такое объяснение кажется удовлетворительным, поэтому подведем итог, используя по возможности простую систему символов. Обозначим нейтрон n, протон p + , электрон е — и запишем уравнение излучения?-частицы:

n > р + + е — .

БЕТА-РАСПАД НЕЙТРОНА, превращение свободного нейтрона n в протон р, электрон е и электронное антинейтрино v? e , вызываемое слабым взаимодействием: n → р + е - + v? e . Энергия, высвобождаемая в этом процессе, составляет 783 кэВ; она распределяется в основном между разлетающимися в разные стороны электроном и антинейтрино, а протон уносит от 0 до 751 эВ.

Первые опыты, в которых обнаружено существование бета-распада нейтрона и получены первые оценки времени жизни нейтрона (т. е. времени, в течение которого число нейтронов убывает в е раз), были сделаны А. Снеллом (США), Г. Робсоном (Канада) и П.Е. Спиваком (СССР) в конце 1940-х годов, когда появились ядерные реакторы с интенсивными потоками нейтронов. В этих опытах измерялось число протонов или электронов, вылетающих из выделенной области нейтронного пучка, и число нейтронов в этой области. С тех пор изучение бета-распада нейтрона - процесса, в котором свойства слабого взаимодействия проявляются практически в чистом виде, - интенсивно продолжается.

Современная теория элементарных частиц (так называемая стандартная модель) рассматривает этот процесс как результат превращения одного из двух d-кварков, входящих в состав нейтрона и обладающих отрицательным зарядом, равным 1/3 заряда электрона, в и-кварк с зарядом + 2/3 заряда электрона. При этом возникает частица - переносчик слабого взаимодействия - векторный W - -бозон, который практически мгновенно распадается на электрон и антинейтрино. Т.о., схема процесса распада такая:

Основными величинами, определяющими бета-распад нейтрона, являются время жизни нейтрона τ n и четыре константы (угловые корреляции), характеризующие зависимости вероятности распада от:

1) угла ме-жду направлениями вылета электрона и антинейтрино с импульсами р с и р v ? e ,

2) угла между р е и спином нейтрона σ n

3) угла между р v ? e и σ n и

4) угла между нормалью к плоскости распада и σ n .

Вторая и третья угловые корреляции нарушают незыблемый в классической физике закон сохранения пространственной чётности (независимость законов природы от зеркального отражения координат), а последняя, если бы была обнаружена, означала бы нарушение инвариантности законов при обращении времени.

К началу 21 века осуществлено более 25 измерений времени жизни нейтрона различными методами. В результате установлено, что среднее время жизни нейтрона τ n = 885,7 ±0,7 с. Наиболее точные значения τ n были получены методом хранения ультрахолодных нейтронов, которые могут долго находиться в замкнутых объёмах, ограниченных слабо поглощающими стенками или специальными конфигурациями магнитного поля. При этом непосредственно измерялось убывание числа ультрахолодных нейтронов со временем.

Результаты измерений констант угловых корреляций на современном уровне точности эксперимента не противоречат теории. Тем не менее, попытки обнаружить какие-либо эффекты, которые свидетельствовали бы о необходимости выхода за пределы стандартной модели, продолжаются.

Дальнейшее уточнение времени жизни нейтрона и констант угловых корреляций важно также для астрофизики и космологии: эти данные используются в теории эволюции Вселенной после Большого взрыва и в описании процессов, идущих внутри звёзд и определяющих их энергетику.

Лит.: Ерозолимский Б. Г. Бета-распад свободного нейтрона // Современные методы ядерной спектроскопии. 1986. Л., 1988; Александров Ю. А. Фундаментальные свойства нейтрона. 3-е изд. М., 1992.

Б. Г. Ерозолимский.

А.А.Гришаев, независимый исследователь

Введение.

Проблема массы нейтрона – это вопиющая проблема в физике. Распад нейтрона свидетельствует о том, что строение нейтрона обеспечивается не с помощью дефекта масс. Действительно, продуктами распада нейтрона являются протон и электрон (и, как полагают, ещё антинейтрино, масса которого пренебрежимо мала). Масса же свободного нейтрона, как полагают, больше массы свободного протона на 2.5 массы электрона . Выходит, что масса нейтрона на полторы массы электрона больше суммы масс стабильных продуктов своего распада. Тогда, по традиционной логике, нейтрон должен быть весьма нестабильным объектом. И если, для объяснения продолжительного существования нейтронов в атомных ядрах, можно допустить действие какого-нибудь стабилизирующего механизма, то свободный нейтрон обязан распадаться за время, сравнимое с характерными ядерными временами – т.е., по практическим меркам, мгновенно. Между тем, измерения среднего времени жизни нейтронов, вылетающих из атомных котлов, дают величину около 12 мин (см., например, ).

Нелепость данной ситуации может быть устранена лишь достаточно радикальным образом: например, мы обнаружим, что масса нейтрона была определена некорректно – или осознаем, как структура из пары элементарных частиц может удерживаться благодаря не дефекту масс, а, наоборот, приросту. В данной статье мы излагаем представления, в которых реализовались обе названные возможности. Согласно этим представлениям, масса нейтрона превышает сумму масс протона и электрона на половину массы электрона, т.е. масса нейтрона на одну массу электрона меньше принятого значения. При этом компоненты, связанные в нейтроне, удерживаются благодаря описываемому ниже механизму, следствием работы которого является именно прирост масс, равный половине массы электрона.

Предлагаемый подход не только устраняет проблему «масса-стабильность нейтрона», но и проясняет, в частности, происхождение антипротонов, а также открывает перспективы для построения простой универсальной модели ядерных сил.

Ненадёжность принятого значения массы нейтрона.

Фундаментальным методом нахождения масс микрочастиц является измерение их удельного заряда, т.е. отношения заряда к массе, с помощью масс-спектрометров (см., например, ). Масса нейтральной частицы не может быть найдена таким способом.

Открыватель нейтрона Чедвик устранил проблемы с законами сохранения энергии-импульса для случая проникающего излучения, возникающего при бомбардировке бериллия a -частицами – допустив, что это излучение является не высокоэнергичными g -квантами, как полагали ранее, а потоком нейтральных частиц с массами, близкими к массе протона (см., например, ). Это допущение Чедвик подкрепил расчётом, основанном на сопоставлении максимальных скоростей отдачи, сообщаемых атомам водорода и азота нейтронами при лобовом столкновении. Этот расчёт дал для нейтрона массу 1.15 (значения масс мы приводим в единицах использовавшейся до 1961 г. кислородной шкалы – по отношению к О 16). Значительное превышение этой величиной массы протона, 1.00768 (при массе электрона в 0.00055), было связано, как полагают, со значительными, 10-процентными, погрешностями измерения скоростей отдачи; этот первый результат Чедвика говорил лишь о том, что массы нейтрона и протона близки друг к другу .

Более точные вычисления массы нейтрона выполнялись через энергиетические балансы ядерных реакций. Так, Чедвик проанализировал реакцию испускания нейтронов бором при его бомбардировке a -частицами:

B 11 + He 4 ® N 14 + n 1 .

При этом в энергетический баланс были включены массы всех четырёх участников, а также кинетические энергии a -частицы, атома азота и нейтрона – результирующая масса нейтрона составила 1.0067 , что меньше (!) массы протона. Ещё меньшее значение, 1.0063, получили авторы , на основе анализа реакции распада на a -частицы ядер лития при бомбардировке их дейтронами:

Li 7 + H 2 ® 2He 4 + n 1 .

Максимальное же значение массы нейтрона, полученное через энергетические балансы, составило, судя по сводке результатов в , 1.0090, причём доверительные интервалы у минимального и максимального значений далеко не перекрывались. Это было обусловлено, на наш взгляд, двумя методологическими ошибками. Во-первых, в энергетический баланс включались как массы частиц, так и их кинетические энергии. На наш взгляд, такой подход некорректен, поскольку кинетическая энергия не является «довеском» к массе: согласно принципу автономных превращений энергии , наличие у частицы кинетической энергии означает, что её масса уменьшена на эквивалентную величину. Учёт же кинетической энергии прибавлением её к массе частицы являлся, на наш взгляд, одной из главных причин систематических расхождений между значениями масс изотопов, полученными в масс-спектроскопии и через балансы энергии ядерных превращений . Во-вторых, не принималось в расчёт, что промежуточное или конечное ядро могло при своём формировании оказаться в возбуждённом состоянии и, соответственно, излучить g -квант – тогда энергетический баланс был бы неполным, поскольку использовавшиеся значения масс элементов были получены для основных состояний их ядер.

Оба этих источника ошибок отсутствуют в способе нахождения массы нейтрона через измерение энергии связи дейтрона – при известных массах атома водорода и дейтерия (1.0078 и 2.0136 соответственно ). Об энергии связи здесь можно судить, зная энергию g -кванта, вызывающего фотораспад дейтрона. Чедвик и Голдхабер использовали излучение с энергией 2.62 МэВ, заведомо превышающей искомую энергию связи. Считалось, что разность между энергией g -кванта и энергией связи полностью превращалась в кинетические энергии освобождаемых протона и нейтрона – причём, из-за близости масс протона и нейтрона, эти энергии считались одинаковыми. Таким образом, требовалось измерить лишь энергию, например, протона распада – что делалось с помощью ионизационной камеры. При найденном значении этой энергии примерно в 250 кэВ, результирующая величина массы нейтрона составила 1.0080± 0.0005 . О таком же значении сообщили Изинг и Хелде , использовавшие ту же методику. Но и здесь не обошлось без разброса результатов: несколько позднее Чедвик, Физер и Бретчер опубликовали значение 1.0090 .

Едва ли можно сомневаться в том, что этот разброс результатов был обусловлен, в основном, несовершенством такого измерительного прибора, как ионизационная камера. Но, для единства измерений и вычислений в ядерной физике, требовалось уменьшить неопределённость в значении массы нейтрона. Своеобразие ситуации заключалось в том, что, для уменьшения этой неопределённости, можно было приписать нейтрону любое значение массы, не выходившее за пределы имевшегося на то время разброса в пару масс электрона. При небольшой ошибке приписанной нейтрону массы, энергии связи ядер тоже были бы известны с соответствующими небольшими ошибками – но зато единообразно. В этом, по-видимому, и заключалась причина того, что уменьшение неопределённости массы нейтрона было осуществлено не через увеличение точности измерений, а, фактически, волевым актом, выполненным теоретиком Бете . Он сделал расчёт массы нейтрона на основе самых достоверных, с его точки зрения, параметров и переводных коэффициентов, и привёл анализ погрешностей – однако, не пояснил, отчего разброс результатов измерений по одной и той же методике, выполненных на различных установках, на порядок превышал вычисленный им доверительный интервал. Но поскольку предложенное Бете значение, 1.00893± 0.00005 , обеспечивало единство измерений и вычислений на многие годы вперёд, его-то и включили в справочные издания (см., например, ) – а впоследствии, при переходе на углеродную шкалу атомных весов , внесли в него соответствующую поправку.

Следует добавить, что, после принятия значения Бете, неоднократно сообщалось о согласующихся с ним результатах новых измерений энергии связи дейтрона, дававших значения около 2.22 МэВ. Эти результаты принимались некритично – а ведь там имелись основания для сомнений.

Так, Хэнсон расщеплял дейтерий g -квантами либо из ториевого источника (2.623 МэВ), либо – из лантанового (2.3 МэВ). Некоторые из нейтронов распада, выйдя из ёмкости с дейтерием и пройдя сквозь свинцовую защиту, попадали в пропорциональный счётчик; там нейтрон мог передать свою энергию протону наполнителя – и счётчик генерировал электрический импульс с соответствующей амплитудой. Считалось, что максимальная измеренная энергия протона равна энергии нейтрона распада, и что вычитание её удвоенного значения из энергии исходного g -кванта давало искомую энергию связи дейтерия. Но, обратите внимание: указав, что «на большей части измерений, наполнителем счётчика был водород или дейтерий», автор далее не уточнял, с каким конкретно из этих наполнителей он получал свои результаты. А ведь они должны были различаться: если, в случае наполнителя-водорода, нейтрон распада передавал энергию действительно протону, то, в случае наполнителя-дейтерия, нейтрон передавал энергию дейтрону, масса которого вдвое больше массы протона. Во втором случае энергия, которую детектировал бы пропорциональный счётчик, составляла бы не более 8/9 от энергии нейтрона распада – и это при абсолютно упругом столкновении нейтрона с дейтроном. Но ведь не было гарантий, что эти столкновения были абсолютно упругими – часть энергии нейтрона могла превращаться в энергию возбуждения дейтрона, которую счётчик игнорировал бы. Вот почему результаты работы вызывают у нас недоверие – тем более что найденная энергия связи дейтрона составила 2.229 МэВ для случая ториевого источника и 1.998 для случая лантанового, так что вторую из этих цифр автор даже не внёс в итоговую таблицу.

Далее, классическими считаются эксперименты Белла и Эллиота , которые утверждали, что прямо измерили энергию g -квантов, излучаемых при соединении нейтрона и протона в дейтрон. Поток тепловых нейтронов из атомного реактора направлялся в парафиновую болванку, где происходил синтез дейтронов, т.е. реакция H 1 (n ,g )D 2 . Характеристическое g -излучение коллимировалось на лоскуток урановой фольги. Считалось, что g -квант выбивал из атома урана один из наиболее сильно связанных электронов – например, из К-оболочки – и что искомая энергия g -кванта равнялась сумме кинетической энергии выбитого электрона и его энергии связи в атоме урана. Измерения же кинетической энергии выбитых электронов делались с помощью двухкатушечного бета-спектрометра, причём эти измерения были не абсолютными, а относительными – через отношение к энергии таких же электронов, выбиваемых g -квантами с калиброванной энергией, 2.615 МэВ. Здесь у нас вызывает сомнения допущение о том, что g -квант с энергией в два с лишним МэВ способен воздействовать непосредственно на атомарный электрон. Можно допустить, что на такое непосредственное воздействие ещё способен квант, энергия которого не превышает суммы энергии связи электрона в атоме и предельной кинетической энергии освобождённого электрона, которая составляет, на наш взгляд, около 170 кэВ – но кванты с энергиями, большими этой суммы, должны воздействовать только на ядро . О верности именно такого подхода с очевидностью свидетельствует огромная ширина полученных в энергетических пиков для электронов, выбитых с К- и L -оболочек. При достаточно высоком разрешении бета-спектрометра, эта ширина (~ 60 кэВ) совершенно нетипична для атомных уровней энергии, но как раз типична для полных ширин ядерных линий . Это говорит о том, что бета-спектрометром измерялась энергия конверсионных электронов. Т.е., g -квант – как измеряемый, так и калибровочный – поглощался ядром урана, возбуждение которого снималось, например, через каскадное излучение вторичных g -квантов, лишь один из которых выбивал конверсионный электрон. При этом не было гарантий, что такое выбивание, в случаях измеряемого и калибровочного квантов, происходило в результате излучательных ядерных переходов на один и тот же уровень . И тогда, относительные измерения бета-спектрометром не могли дать информацию об истинном значении энергии измеряемого кванта – а, значит, и об энергии связи дейтрона.

Далее, упомянем работу Мобли и Лаубенстейна , которые утверждали, что измерили пороговую энергию фоторасщепления дейтрона. Необходимое для этого излучение, как считалось, имело тормозной характер, возникая в результате взаимодействия высокоэнергичного пучка электронов с золотой мишенью. Рождавшиеся, якобы, при этом рентгеновские кванты – с энергиями вплоть до двух с лишним МэВ – попадали в ёмкость с тяжёлой водой. Нейтроны, освобождаемые там, якобы, при фотораспаде дейтерия, могли преодолеть свинцовую защиту и попасть в пропорциональный счётчик, который использовался не как измеритель энергии нейтронов, а просто как их детектор. Об энергии связи дейтрона судили по энергии электронов пучка (~ 2.23 МэВ), при которой начинался рост числа нейтронов, детектируемых счётчиком. Как можно видеть, у авторов имеется несколько весьма спорных допущений. Если электрон может иметь энергию в несколько МэВ, то почему было не найти пороговую энергию распада дейтрона, обойдясь без генерации тормозного излучения – используя электронный удар? Дело, оказывается, в том, что электроны не инициируют ядерных реакций . Эту загадочную особенность мы объясняем тем , что кинетическая энергия электрона не может превышать трети его массы покоя, т.е. примерно 170 кэВ – значит, энергия электрона всегда меньше самых низких порогов ядерных реакций. Весьма курьёзно, что авторы выполнили калибровку энергии первичных частиц с протонным пучком – по известному порогу (1.882 МэВ) реакции Li 7 (p ,n ) – а измерения проводили с электронным пучком, полагая, что одинаковое ускоряющее напряжение сообщает одинаковую энергию как протону, так и электрону. На наш взгляд, в данном случае это неверно: иметь энергию в несколько МэВ протон может, а электрон – нет . И тогда в работе электроны никак не могли генерировать тормозные фотоны с энергиями в два с лишним МэВ – а, значит, и порог фотораспада дейтрона не мог быть измерен.

Суммируя вышеизложенное, мы не усматриваем надёжных экспериментальных свидетельств о том, что масса нейтрона больше массы протона именно на 2.5 массы электрона. Действительная разность масс нейтрона и протона вполне может составлять 1.5 массы электрона – как это следует из излагаемых ниже представлений.

Квантовые пульсации и связь «на дефекте масс».

Наши представления о нуклонах являются следствием концепции, согласно которой вещество на фундаментальном уровне имеет «цифровую», а не «аналоговую» природу. Эта «цифровая» природа свидетельствует, на наш взгляд, о том, что существуют специальные программные предписания, которые формируют элементарные частицы в физическом мире и задают их физические свойства, включая всевозможные варианты взаимодействий, в которых они могут участвовать.

Базовым понятием этой концепции является понятие квантового пульсатора , физической реализацией которого является, например, электрон. Напомним, что квантовый пульсатор – это истинно элементарная частица вещества, которая характеризуется циклической сменой всего двух состояний. Собственная частота f свободного квантового пульсатора, его же собственная энергия E и его масса m связаны соотношением де Бройля : E =hf =mc 2 , где h – постоянная Планка, c – скорость света. Как можно видеть, частота квантовых пульсаций электрона составляет около 1.24× 10 20 Гц. Эту частоту мы называем электронной: наличие у частицы пульсаций на электронной частоте означает наличие у неё электрического заряда; знак же заряда определяется фазой пульсаций – разноимённые заряды пульсируют в противофазе . Временную развёртку квантовых пульсаций можно проиллюстрировать меандром, т.е. прямоугольной волной; следует лишь иметь в виду, что амплитуда этой волны не имеет физического смысла – это подчёркивается тем, что энергия квантовых пульсаций зависит только от их частоты.

Квантовые пульсации могут быть промодулированы по «амплитуде» - со стопроцентной глубиной. Такая модуляция означает, фактически, циклическое прерывание квантовых пульсаций, т.е. их циклическое «включение-выключение». Как отмечалось ранее , энергия модулированных квантовых пульсаций меньше, чем немодулированных, и равна h (f -W ), где W - частота модуляции; соответственно, меньше и масса частицы.

Как мы полагаем, атомные структуры формируются благодаря противофазным прерываниям электронных пульсаций у атомарного электрона и у соответствующего ему положительного заряда ядерного протона. Такие прерывания двух пульсаторов порождают специфическую форму движения: циклические перебросы состояния, при котором пульсации «включены» – из точки нахождения одного пульсатора в точку нахождения другого, и обратно. Эта форма движения обладает некоторой энергией, зависящей от расстояния, на которое производятся циклические перебросы состояния. Если эта энергия появляется именно за счёт убыли собственной энергии пульсаторов, обусловленной их прерываниями, то эти два пульсатора вынуждены находиться на вполне определённом расстоянии друг от друга – в этом, как мы полагаем, и заключается природа связи «на дефекте масс» .

Такой подход выглядит предпочтительнее подхода официальной физики, в которой объяснение дефекта масс до сих пор отсутствует – что обусловлено, на наш взгляд, необоснованным допущением универсальности эйнштейновского выражения E =mc 2 . Действительно, считается, что это выражение справедливо для любой формы энергии. Но тогда, в случае с энергией связи «на дефекте масс», выходит казус. Если эта энергия связи, как казалось бы, положительна, то должен иметь место не дефект масс, а, наоборот, прирост. Если же она отрицательна, то и эквивалентная ей масса должна быть отрицательна – но, насколько нам известно, масса является принципиально положительной величиной. Разгадка, на наш взгляд, весьма проста: массе эквивалентна не любая форма энергии, а одна-единственная: собственная энергия квантового пульсатора . Потому и обнаруживается «дефект масс», что энергия связи, которая массе не эквивалентна, появляется за счёт убыли собственной энергии связуемых квантовых пульсаторов.

Нейтрон: связь «на приросте масс».

Протон, на наш взгляд, является квантовым пульсатором, имеющим модуляцию с электронной частотой и фазой положительного заряда; несущую же частоту протона можно определить из того условия, что масса протона соответствует частоте, равной разности несущей и электронной частот – при этом несущая составляет около 2.27× 10 23 Гц. Заметим, что масса протона меньше массы, соответствующей несущей, не из-за «дефекта масс». В протоне нет никаких суб-частиц: нельзя сказать, что он является соединением, например, массивного керна и позитрона. Названное уменьшение массы обусловлено всего лишь прерываниями несущей с электронной частотой – положительный заряд оказывается не присоединён, а как бы «вшит» через модуляцию.

Нейтрон же, на наш взгляд – это именно соединение, но такое соединение, состав участников которого циклически обновляется: пара «протон плюс электрон» принудительно сменяется парой «позитрон плюс антипротон», и обратно. Диаграмма иллюстрирует фазировки у двух «дорожек» результирующих квантовых пульсаций. Огибающая одной из этих дорожек задаёт положительный электрический заряд, а огибающая другой – отрицательный; высокочастотное же заполнение (несущая) перебрасывается из одной огибающей в другую – с частотой, вдвое меньшей электронной. На тех периодах электронной частоты, когда несущая находится в «положительной дорожке», составляющей нейтрон парой являются протон и электрон, а на тех периодах, когда несущая находится в «отрицательной дорожке» - позитрон и антипротон.

Как можно видеть, перебросы несущей из одной огибающей в другую – это циклическая смена состояний, которая обладает определённой энергией. Заметим, что эта энергия появляется не за счёт уменьшения собственных энергий участников процесса: она

добавляется к их собственным энергиям – отчего результирующая масса системы должна увеличиться на соответствующую величину. По логике концепции квантовых пульсаций, энергия циклических смен двух состояний равна произведению постоянной Планка на частоту этих смен. Поскольку, в рассматриваемом случае, эта частота вдвое меньше электронной, то результирующий прирост массы, по сравнению с суммой масс протона и электрона, должен составлять половину массы электрона. Теперь заметим, что энергия циклических смен пар, составляющих нейтрон, и энергия циклических пространственных перебросов несущей между «положительным» и «отрицательным» пульсаторами – это одна и та же энергия. А поскольку энергия циклических пространственных перебросов зависит от расстояния, на которое они производятся, то два пульсатора, составляющие нейтрон, обязаны находиться на определённом расстоянии друг от друга. Таким образом мы и объясняем природу связи «на приросте масс», благодаря которой существуют нейтроны. Используя формулы статьи , можно оценить расстояние, которое должно разделять центры двух пульсаторов в нейтроне: оно составляет ~ 2.8× 10 -15 м.

Как можно видеть, в нейтроне всегда присутствуют единичные разноимённые заряды, которые компенсируют друг друга – потому нейтрон электрически нейтрален. Вместе с тем, эти заряды образуют электрический диполь, у которого дипольный момент циклически инвертируется. Этим, на наш взгляд, и объясняется загадочная способность нейтрона к слабому участию в электромагнитных взаимодействиях – отчего наблюдается, например. пространственная селекция летящих нейтронов в сильных неоднородных электрических и магнитных полях.

Подчеркнём, что связь «на приросте масс» имеет принципиальное отличие от связи «на дефекте масс»: свободный нейтрон нельзя расщепить на составляющие с помощью, например, g -кванта – нейтрон не может его поглотить, т.к. нейтрону «некуда» возбуждаться. Вместе с тем, энергия связи в нейтроне должна быть превращаема в другие формы энергии – согласно закону сохранения энергии. Поэтому, при распаде свободного нейтрона, энергия связи в нём должна превращаться, на наш взгляд, в энергию g -излучения – но никак не в энергию антинейтрино (напомним, что гипотеза о нейтрино понадобилась, чтобы спасти закон сохранения релятивистского импульса, который с очевидностью нарушался при бета-распаде ). Что же касается причины распада свободного нейтрона, то она остаётся непонятна, поскольку, по логике вышеизложенного, даже при «приросте масс» нейтрон должен быть вполне стабильным объектом. Возможно, разгадка этой проблемы связана с тем, что вывод о нестабильности свободного нейтрона был сделан на основе экспериментов лишь с нейтронами, вылетающими из атомных котлов – нельзя исключить, что такие нейтроны, освобождаемые при распадах тяжёлых ядер, имеют какую-то особенность.

Небольшое обсуждение.

Вышеизложенные представления о нейтроне позволяют нам предложить более простые – и, на наш взгляд, более реалистичные – интерпретации некоторых ключевых экспериментов в физике элементарных частиц.

Так, согласно традиционным представлениям, ядра природных изотопов состоят из протонов и нейтронов – и, в частности, там нет и не может быть антипротонов. Считается, что антипротон может родиться при достаточно высокой энергии столкновения частиц – причём, родиться в паре с протоном, чтобы были соблюдены законы сохранения . Полагают, что именно такие рождения пар протон-антипротон происходили в эксперименте открывателей антипротона , которые направляли высокоэнергичные протоны на медную мишень и, среди продуктов реакции, регистрировали частицы, имевшие массу протона и отрицательный электрический заряд. Этот эксперимент считается также блестящим подтверждением специальной теории относительности, поскольку пара протон-антипротон рождалась, якобы, за счёт кинетической энергии исходного протона.

Но, на наш взгляд, о «блестящем подтверждении» здесь говорить не приходится. Ведь если верны вышеизложенные представления, то, в течение половины времени существования нейтрона, в его состав входит антипротон. Тогда проще допустить, что антипротоны не рождались, а выбивались из ядер мишени – при расщеплении ядерного нейтрона на антипротон и позитрон в результате воздействия, произошедшего на соответствующем полупериоде циклических превращений в нейтроне. При этом, конечно, ядро должно было превращаться в другой изотоп – а, по ортодоксальной версии, оно должно было оставаться прежним. Соответствующего анализа не проводилось, и данные о том, изменялось ядро или нет, отсутствуют. Поэтому нельзя считать доказанным, что антипротон рождался за счёт кинетической энергии исходного протона; версия же с выбиванием антипротона из ядра выглядит, на наш взгляд, гораздо правдоподобнее.

Добавим, что аналогично тому как протон и антипротон отличаются друг от друга тем, что имеют противоположные фазы прерывания несущей, нейтрон и антинейтрон отличаются друг от друга тем, что имеют противоположные фазы циклических превращений пар, входящих в их состав. Впрочем, в отличие от случая фиксированной фазы прерываний, задающей положительный или отрицательный электрический заряд, фаза циклических превращений пар в нейтроне не обязана быть фиксированной и может «плавать» – поэтому разница между понятиями «нейтрон» и «антинейтрон» является, на наш взгляд, весьма условной.

Заключение.

Поскольку у составных атомных ядер всегда имеется дефект масс, то значения массы нейтрона и энергии связи ядер оказываются взаимозависимы: если мы осознаем, что следует уменьшить значение массы нейтрона, то – при тех же самых значениях масс изотопов – придётся соответствующим образом уменьшить и значения энергии связи ядер. При уменьшении значения массы нейтрона на одну массу электрона, соответствующее уменьшение энергии связи на нуклон было бы особенно значительно для лёгких ядер, достигая у дейтрона 23%. Но для средних и тяжёлых ядер это уменьшение не превысило бы 4% - и здесь зависимость энергии связи на нуклон от атомного номера почти не изменила бы свой вид.

Впрочем, не коррекция энергий связи ядер была главной целью данной статьи. Как мы полагаем, неадекватность традиционных представлений о нейтроне является одной из главных причин того, что до сих пор не было предложено простой универсальной модели ядерных сил. А вышеизложенные представления открывают перспективы для построения такой модели; эту тему мы намереваемся обсудить в другой статье.

1. К.Н.Мухин. Экспериментальная ядерная физика. В 2-х томах. Т.1, «Физика атомного ядра». М., «Атомиздат», 1974.

2. Экспериментальная ядерная физика. Под ред. Э.Сегре. В 3-х томах. Т.1. М., «Изд-во иностранной литературы», 1955.

3. Д.Д.Странатан. «Частицы» в современной физике. М.-Л., «Гос. изд-во технико-теоретической литературы», 1949.

4. C.C.Lauritsen, H.R.Crane. Phys.Rev., 45 (1934) 550.

5. А.А.Гришаев. Автономные превращения энергии квантовых пульсаторов – фундамент закона сохранения энергии. – Доступна на данном сайте.

6. H.Bethe. Phys.Rev., 47 (1935) 633.

7. J.Chadwick, M.Goldhaber. Nature, 134 (1934) 237.

8. G.Ising, M.Helde. Nature, 137 (1936) 273.

9. H.A.Bethe. Phys.Rev., 53 (1938) 313.

10. В.А.Кравцов. Массы атомов и энергии связи ядер. М., «Атомиздат», 1974.

11. A.O.Hanson. Phys.Rev., 75 (1949) 1794.

12. R.E.Bell, L.G.Elliott. Phys.Rev., 79 (1950) 282.

13. Э.В.Ланько, Г.С.Домбровская, Ю.К.Шубный. Вероятности электромагнитных переходов атомных ядер. «Наука», Л., 1972.

14. R.C.Mobley, R.A.Laubenstein. Phys.Rev., 80 (1950) 309.

15. Г.Кноп, В.Пауль. Взаимодействие электронов и a -частиц с веществом. В кн.: Альфа-, бета- и гамма-спектроскопия, т.1. Пер. с англ. под ред. К.Зигбана. М., «Атомиздат», 1969.

16. А.А.Гришаев. Масса, как мера собственной энергии квантовых осцилляторов. – Доступна на данном сайте. nevessky _ o _ zakone .

18. А.А.Гришаев. Разноимённые электрические заряды, как противофазные квантовые пульсации. – Доступна на данном сайте.

19. Л.Кёртис. Введение в нейтронную физику. «Атомиздат», М.. 1965.

20. К.Н.Мухин. Экспериментальная ядерная физика. В 2-х томах. Т.2, «Физика элементарных частиц». М ., « Атомиздат », 1974.

21. O.Chamberlain, E.Segre, C.Wiegand, T.Ypsilantis. Phys.Rev., 100 (1955) 947.