ما هي الجسيمات التي يتحلل إليها النيوترون؟ تتحلل النيوترونات أيضًا مع انبعاث الفوتونات

اضمحلال بيتا النيوتروني، تحويل نيوترون حر n إلى بروتون p وإلكترون e وإلكترون مضاد نيوترينو v؟ e ناتج عن تفاعل ضعيف: n → p + e - + v؟ ه. الطاقة المنطلقة في هذه العملية هي 783 كيلو إلكترون فولت؛ ويتم توزيعه بشكل أساسي بين الإلكترون والنيوترينو المضاد، ويطير في اتجاهات مختلفة، ويحمل البروتون بعيدًا من 0 إلى 751 فولت.

تم إجراء التجارب الأولى التي تم فيها اكتشاف وجود اضمحلال بيتا النيوتروني وتم الحصول على التقديرات الأولى لعمر النيوترون (أي الوقت الذي يتناقص فيه عدد النيوترونات بعامل e) بواسطة A. Snell (الولايات المتحدة الأمريكية) , جي روبسون (كندا ) و بي.إي. سبيفاك (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) في أواخر الأربعينيات، عندما ظهرت المفاعلات النووية ذات التدفق النيوتروني المكثف. وفي هذه التجارب تم قياس عدد البروتونات أو الإلكترونات المنبعثة من منطقة مختارة من شعاع النيوترونات وعدد النيوترونات في هذه المنطقة. منذ ذلك الحين، استمرت دراسة تحلل بيتا النيوتروني بشكل مكثف - وهي العملية التي تظهر فيها خصائص التفاعل الضعيف في شكل نقي تقريبًا.

النظرية الحديثة للجسيمات الأولية (ما يسمى بالنموذج القياسي) تعتبر هذه العملية نتيجة لتحول أحد الكواركين d اللذين يشكلان جزءا من النيوترون ولهما شحنة سالبة تساوي 1/3 الشحنة من الإلكترون إلى كوارك علوي بشحنة + 2/3 من شحنة الإلكترون. في هذه الحالة، يظهر الجسيم - حامل التفاعل الضعيف - ناقل W - بوزون، والذي يتحلل على الفور تقريبًا إلى إلكترون ومضاد النيوترينو. وبالتالي، فإن مخطط عملية الانهيار هو كما يلي:

الكميات الرئيسية التي تحدد اضمحلال بيتا النيوتروني هي عمر النيوترون τ n وأربعة ثوابت (الارتباطات الزاوية) التي تميز اعتماد احتمال الاضمحلال على:

1) الزاوية بين اتجاهي انبعاث الإلكترون والنيوترينو المضاد مع العزم p c و p v؟ ه،

2) الزاوية بين r e ودوران النيوترون σ n

3) الزاوية بين p v؟ ه و σ ن و

4) الزاوية بين العمودي ومستوى الاضمحلال و σ n.

تنتهك الارتباطات الزاوية الثانية والثالثة قانون الحفاظ على التكافؤ المكاني، وهو قانون لا يتزعزع في الفيزياء الكلاسيكية (استقلال قوانين الطبيعة عن انعكاس الإحداثيات في المرآة)، وهذا الأخير، إذا تم اكتشافه، سيعني انتهاكًا لقانون الثبات. القوانين أثناء عكس الوقت.

بحلول بداية القرن الحادي والعشرين، تم إجراء أكثر من 25 قياسًا لعمر النيوترون باستخدام طرق مختلفة. ونتيجة لذلك، ثبت أن متوسط عمر النيوترون هو τn = 885.7 ±0.7 ثانية. تم الحصول على القيم الأكثر دقة لـ τn عن طريق تخزين النيوترونات فائقة البرودة، والتي يمكن أن تبقى لفترة طويلة في أحجام مغلقة محدودة بجدران ضعيفة الامتصاص أو تكوينات مجال مغناطيسي خاصة. في هذه الحالة، تم قياس الانخفاض في عدد النيوترونات شديدة البرودة مع مرور الوقت بشكل مباشر.

نتائج قياسات ثوابت الارتباط الزاوي عند المستوى الحالي من الدقة التجريبية لا تتعارض مع النظرية. ومع ذلك، تستمر محاولات اكتشاف أي تأثيرات تشير إلى الحاجة إلى تجاوز النموذج القياسي.

يعد التوضيح الإضافي لعمر النيوترون وثوابت الارتباط الزاوي أمرًا مهمًا أيضًا للفيزياء الفلكية وعلم الكونيات: تُستخدم هذه البيانات في نظرية تطور الكون بعد الانفجار الكبير وفي وصف العمليات التي تحدث داخل النجوم وتحديد طاقتها.

مضاءة: Erozolimsky B. G. اضمحلال بيتا للنيوترون الحر // الطرق الحديثة للتحليل الطيفي النووي. 1986. ل.، 1988؛ ألكسندروف أ. الخصائص الأساسية للنيوترون. الطبعة الثالثة. م، 1992.

بي جي إيروزوليمسكي.

إن نموذج البروتون النيوتروني للنواة يرضي الفيزيائيين تمامًا ويعتبر الأفضل حتى يومنا هذا. ومع ذلك، للوهلة الأولى، فإنه يثير بعض الشكوك. إذا كانت النواة الذرية تتكون فقط من البروتونات والنيوترونات، فإن السؤال الذي يطرح نفسه مرة أخرى هو كيف يمكن للإلكترونات سالبة الشحنة الهروب منها على شكل جسيمات؟ ماذا لو لم تكن هناك إلكترونات في النواة وتتكون عند لحظة الاضمحلال؟ دعونا نطبق قوانين الحفظ لإيجاد الحل الصحيح.

إن تكوين الإلكترون يعني تكوين شحنة كهربائية سالبة. ولكن وفقا لقانون حفظ الشحنة الكهربائية، لا يمكن أن تتشكل شحنة سالبة حتى تنشأ شحنة موجبة في نفس الوقت. ومع ذلك، لا يوجد جسيم واحد موجب الشحنة يخرج من النواة مع الجسيم؟، لذلك يجب أن يبقى مثل هذا الجسيم داخل النواة. من المعروف أنه يوجد داخل النواة جسيم واحد فقط موجب الشحنة - البروتون. ومن كل ما قيل يتبين أنه عندما ينبعث الإلكترون من النواة، يتكون بروتون داخل النواة. دعنا ننتقل إلى قانون الحفاظ على الطاقة. البروتون له كتلة، وإذا تشكل، يجب أن تختفي الكتلة في مكان آخر. تحتوي جميع النوى باستثناء الهيدروجين-1 على نيوترونات. كونه غير مشحون، يظهر النيوترون أو يختفي دون انتهاك قانون حفظ الشحنة الكهربائية. وبالتالي، عندما ينبعث جسيم ألفا داخل النواة، يختفي نيوترون ويظهر بروتون في نفس الوقت (الشكل 4). وبعبارة أخرى، يتحول النيوترون إلى بروتون، وينبعث منه إلكترون. لا يوجد أي انتهاك لقانون الحفاظ على الطاقة، لأن النيوترون أثقل قليلا من البروتون. تبلغ كتلة البروتون والإلكترون معًا 1.008374 على مقياس الوزن الذري، بينما تبلغ كتلة النيوترون 1.008665. عندما يتحول النيوترون إلى إلكترون وبروتون، فإن كتلة 0.00029 "تختفي". وفي الواقع تتحول إلى طاقة حركية للجسيم المنبعث تعادل 320 كيلو إلكترون فولت تقريبًا.

أرز. 4. الإشعاع؟-الجسيمات.

يبدو هذا التفسير مرضيًا، لذا دعونا نلخصه باستخدام نظام بسيط من الرموز قدر الإمكان. دعونا نشير إلى النيوترون n، والبروتون p +، والإلكترون e - ونكتب معادلة إشعاع الجسيم؟:

ن > ع + + ه - .

إن تفكيرنا لا يعكس إلا بشكل غير مباشر ما يحدث داخل النواة. في الواقع، لا يمكنك النظر داخل النواة ورؤية البروتون يتحول إلى نيوترون عند إطلاق إلكترون مشحون. على الأقل ليس بعد. هل من الممكن ملاحظة النيوترونات الفردية في حالة حرة؟ هل ستتحول، إذا جاز التعبير، إلى بروتونات أمام أعيننا وتنبعث منها إلكترونات سريعة؟

وفي عام 1950، تمكن الفيزيائيون أخيراً من الحصول على الجواب. تتحلل النيوترونات الحرة من وقت لآخر وتتحول إلى بروتونات، وهذا لا يحدث كثيرًا. وفي كل مرة يتعرض فيها النيوترون لهذا التغيير، ينبعث إلكترون.

وتوجد النيوترونات في حالة حرة حتى حدوث الاضمحلال، والسؤال عن المدة التي تستمر فيها هذه الفترة مهم للغاية. من المستحيل تحديد متى سيخضع النيوترون للتحلل الإشعاعي بالضبط. هذه العملية عشوائية. يوجد نيوترون واحد دون أن يتحلل لمدة جزء من المليون من الثانية، وآخر لمدة خمسة أسابيع، وثالث لمدة سبعة وعشرين مليار سنة. ومع ذلك، بالنسبة لعدد كبير من الجسيمات من نفس النوع، من الممكن التنبؤ بدقة معقولة بموعد اضمحلال نسبة معينة منها. (وبالمثل، لا يستطيع إحصائي التأمين التنبؤ بالمدة التي سيعيشها فرد ما، ولكن بالنسبة لمجموعة كبيرة من الأشخاص من عمر معين أو مهنة أو مكان إقامة معين، وما إلى ذلك، يمكنه التنبؤ بدقة كبيرة بالمدة التي سيستغرقها النصف منهم للموت.)

يُطلق على الوقت الذي تتحلل فيه نصف جسيمات نوع معين اسم عمر النصف للجسيم. وقد صاغ رذرفورد هذا المصطلح في عام 1904. كل نوع من الجسيمات له نصف عمر مميز خاص به. على سبيل المثال، عمر النصف لليورانيوم-238 هو 4.5·10 9 سنوات، ونصف عمر الثوريوم-232 أطول بكثير - 1.4·10 10 سنوات. ولذلك، لا يزال اليورانيوم والثوريوم موجودين بكميات كبيرة في القشرة الأرضية، على الرغم من حقيقة أن بعض ذراتهما تتحلل في أي لحظة. على مدار تاريخ الأرض الممتد لخمسة مليارات عام، اضمحل فقط نصف احتياطيات اليورانيوم 238 وأقل بكثير من نصف احتياطيات الثوريوم 232.

بعض النوى المشعة أقل استقرارًا بكثير. على سبيل المثال، عندما ينبعث اليورانيوم-238 جسيمًا، فإنه يتحول إلى الثوريوم-234. يبلغ عمر النصف للثوريوم 234 24 يومًا فقط، لذلك لا يوجد سوى آثار لهذا العنصر في القشرة الأرضية. يتشكل ببطء شديد من اليورانيوم 238، وبمجرد تكوينه يتحلل بسرعة كبيرة.

عندما يتحلل الثوريوم-234، فإنه ينبعث منه جسيم. داخل نواة الثوريوم، يتحول النيوترون إلى بروتون. يحدث هذا التحول للثوريوم-234 بمعدل نصف عمر يبلغ أربعة وعشرين يومًا. وفي النظائر المشعة الأخرى، تتحول النيوترونات إلى بروتونات بشكل أبطأ بكثير. على سبيل المثال، يبعث البوتاسيوم -40 جسيمات بيتا بعمر نصف يبلغ 1.3·10 9 سنوات. بعض النظائر لا تخضع للتحلل الإشعاعي على الإطلاق. وهكذا، في نوى ذرات الأكسجين-16، بقدر ما هو معروف، لا يتحول نيوترون واحد بمفرده إلى بروتون، أي أن نصف العمر لا نهائي. ومع ذلك، نحن مهتمون أكثر بنصف عمر النيوترون الحر. النيوترون الحر لا يكون محاطًا بجسيمات أخرى من شأنها أن تجعله أكثر أو أقل استقرارًا، مما يطيل أو يقصر نصف عمره، أي في حالة النيوترون الحر، لدينا، إذا جاز التعبير، نصف عمر غير مشوه. وتبين أنها تساوي حوالي اثنتي عشرة دقيقة، مما يعني أن نصف التريليون نيوترون يتحول إلى بروتونات وإلكترونات في نهاية كل اثنتي عشرة دقيقة.

في العالم الذري، على حد علمنا، هناك ثلاثة قوانين حفظ مهمة تنطبق في الحياة اليومية وفي الكون الواسع المحيط بنا.

وتشمل هذه قوانين الحفاظ على الزخم، والحفاظ على الزخم الزاوي والحفاظ على الطاقة.

تحدد القوانين الثلاثة العلاقة بين الكتلة والسرعة، وهي كميات معروفة لنا جيدًا. لكن يبدو أن الذرة والجسيمات التي تشكلها تخضع أيضًا لقانون الحفظ الرابع، والذي يتعلق بظاهرة غير مألوفة لنا تمامًا. بالفعل في عام 600 قبل الميلاد، وذلك بفضل البحث الذي أجراه الفيلسوف اليوناني طاليس ميليتس، كان من المعروف أن الراتنج الأحفوري المبشور - العنبر - لديه خاصية جذب الأجسام الخفيفة. من المعتاد الآن أن نقول أن العنبر المفرك يُستقبل شحنة كهربائيةأو "مكهرب". كلمة "كهرباء" تأتي من الإلكترون اليوناني - العنبر.

في عام 1773، أثبت الفيزيائي الفرنسي تشارلز فرانسوا دوفاي وجود نوعين مختلفين من الشحنات الكهربائية، أحدهما موجود على العنبر المصقول والآخر على الزجاج المصقول. يمكن ملاحظة الفرق بين هاتين الشحنتين الكهربائيتين من التجربة التالية.

دعونا نعلق قطعتين صغيرتين من الفلين جنبًا إلى جنب على خيوط الحرير. دعونا نلمس كل واحدة منها بقطعة من الكهرمان المشحونة كهربائيًا، وسوف يتدفق بعض الشحنة الكهربائية إلى كل قطعة من الفلين. ولم تعد الخيوط الحريرية التي تعلق منها معلقة عموديًا، بل تنحني بزاوية. أصبحت المقابس الآن بعيدة عن بعضها البعض عما كانت عليه قبل استلام الشحنة. سيحدث نفس الشيء إذا لامست قطعتي الفلين قطعتين من الزجاج المشحونتين كهربائيًا.

ومع ذلك، إذا تم ملامسة قطعة واحدة من الفلين بالعنبر المشحون والأخرى بالزجاج، فسوف تنجذب كلتا القطعتين إلى بعضهما البعض. وكان هذا هو الفرق الذي دفع دو فاي إلى اقتراح وجود نوعين من الشحنات الكهربائية. وظهر تعميم: مثل الشحنات الكهربائية تتنافر، على عكس الشحنات الكهربائية التي تتجاذب.

في الأربعينيات من القرن الثامن عشر، بدأ الأمريكي بنجامين فرانكلين، وهو رجل واسع الأفق، بإجراء تجارب على الكهرباء. ولاحظ أنه إذا لامس جسم يحمل نوعاً واحداً من الشحنات جسماً يحمل شحنة مساوية لعلامة أخرى، فإن الشحنات تحيد بعضها البعض، ويصبح كلا الجسمين غير مشحونين كهربائياً. كان الأمر كما لو أن السائل الكهربائي قد تدفق من مكان توافره بكثرة إلى مكان نقصه. ونتيجة لذلك، تم إنشاء مستوى متوسط في كلا المكانين.

يعتقد فرانكلين أن الجسم الذي يحتوي على فائض من السوائل الكهربائية يحمل شحنة كهربائية موجبةوالجسد الذي يفتقر إليه يتحمل شحنة كهربائية سلبية.لم يتمكن من معرفة أي جسم يحتوي على فائض وأي جسم يحتوي على نقص، لذلك اعتبر بشكل تعسفي شحنة الزجاج غير المفرك على أنها إيجابية، وشحنة العنبر المسحوبة على أنها سلبية. وقد تم اتباع هذه التسميات منذ ذلك الحين.

توصلت الأجيال اللاحقة من الفيزيائيين الذين درسوا سلوك الأجسام المشحونة كهربائيًا إلى استنتاج مفاده أن إجمالي الشحنة الكهربائية لنظام مغلق ثابت.

في الواقع، عندما يتم فرك الكهرمان، لا تنشأ شحنة كهربائية من العدم. إذا تم فرك الكهرمان باليد، فإن الشحنة الكهربائية السلبية التي يستقبلها الكهرمان يتم تعويضها بنفس الشحنة الموجبة التي تتلقاها اليد. مجموع هاتين الشحنتين هو صفر. عندما تدخل الشحنة الكهربائية من اليد إلى الأرض وتنتشر على سطح الأرض بأكمله، يبدو أنها تختفي. يتم إنشاء وهم "ظهور" الشحنة على الكهرمان. لقد تناولنا بالفعل حالات مماثلة ذات نبضات إيجابية وسلبية أو ذات زخم زاوي في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة. ولذلك يمكننا صياغة قانون الحفظ الرابع: الحفاظ على الشحنة الكهربائية.

التفاعلات النووية والشحنة الكهربائية

عندما بدأ الفيزيائيون في فهم بنية الذرة بشكل أكثر وضوحًا في التسعينيات، اكتشفوا أن بعض أجزائها على الأقل تحمل شحنة كهربائية. على سبيل المثال، الإلكترونات التي تملأ المناطق الخارجية للذرة تكون مشحونة بشحنة سالبة، في حين أن النواة الموجودة في مركز الذرة تحمل شحنة كهربائية موجبة. بالطبع، نشأ السؤال على الفور حول مقدار هذه الشحنات، وقبل الإجابة، دعونا نفكر في بعض وحدات الشحنة؛

الوحدة المقبولة عمومًا للشحنة الكهربائية هي قلادة(سميت على اسم الفيزيائي الفرنسي تشارلز أوغستين كولومب، الذي حدد حجم الشحنة الكهربائية في عام 1785 عن طريق قياس قوة الجذب والتنافر بواسطة شحنات أخرى). في مصباح كهربائي قدرته 60 واط، تمر شحنة كهربائية قدرها كولوم واحد عبر أي نقطة على الفتيل كل ثانيتين. أقل بكثير كهرباءوحدة الشحن. الكولوم يساوي 3·10 9 وحدات إلكتروستاتيكية.

لكن حتى الوحدة الكهروستاتيكية تكون كبيرة جدًا لقياس شحنة إلكترون واحد. تم قياس شحنة الإلكترون لأول مرة بدقة كافية في عام 1911 من قبل الفيزيائي الأمريكي روبرت أندروز ميليكان. وتبين أنها تساوي ما يقرب من نصف مليار من الوحدة الكهروستاتيكية. وفقًا للقياسات الحديثة، تبلغ شحنة الإلكترون 4.80298·10 -10 وحدات إلكتروستاتيكية. ومن أجل عدم استخدام مثل هذا الكسر غير المناسب، أخذنا الشحنة الكهربائية للإلكترون تساوي -1، حيث تعني علامة الطرح شحنة سالبة. أي إلكترون، سواء كان منخرطًا في تيار كهربائي أو ينتمي إلى ذرة أي عنصر، لديه شحنة تساوي تمامًا -1، بغض النظر عن دقة أجهزتنا الأكثر حساسية.

أبسط نواة ذرية، أي نواة ذرة الهيدروجين، لها شحنة كهربائية قدرها +1. وبقدر ما يمكن للأجهزة الأكثر حساسية أن تحكم، فإن الشحنة الموجبة لنواة الهيدروجين تساوي تمامًا الشحنة السالبة للإلكترون (على الرغم من أنها بالطبع معاكسة للإشارة). تحتوي النوى الذرية الأثقل على شحنات موجبة أكبر، والتي يتم التعبير عنها بالضرورة كعدد صحيح. حتى الآن، على الأقل، لم يتم اكتشاف أي شحنة جزئية، إيجابية أو سلبية.

تمتلك ذرات كل عنصر شحنة نووية مميزة تختلف عن شحنة ذرات العناصر الأخرى. على سبيل المثال، جميع ذرات الهيدروجين لها شحنة نووية +1، وجميع ذرات الهيليوم +2، وجميع ذرات الكربون +6، وجميع ذرات اليورانيوم +92. تسمى هذه الشحنة النووية العدد الذري.

تختلف النظائر عن بعضها البعض في العدد الكتلي، لكنها مع ذلك متطابقة في العدد الذري وهي ذرات لنفس العنصر. هناك ذرات بشحنة نووية +1 وعدد كتلي 1، وذرات بشحنة نووية +1 وعدد كتلي 2. كلا النوعين عبارة عن ذرات هيدروجين. يطلق عليهم هيدروجين-1 أو هيدروجين-2، أو 1H1 و1H2، حيث المؤشر الموجود في أعلى اليمين هو العدد الكتلي، والمؤشر الموجود في أسفل اليسار هو العدد الذري. وبنفس الطريقة، يُكتب نظيرا اليورانيوم 92 U 238 و92 U 235.

كلا نظائر اليورانيوم مشعة. وتضمحل كل واحدة منها، وينبعث منها جسيم وتصبح ذرة الثوريوم. العدد الذري للثوريوم هو 90، وجسيم الألف، وهو نواة ذرة الهيليوم، له العدد الذري 2. ومن ثم يمكننا أن نكتب:

ش +92 > ث +90 + هو +2.

كانت شحنة النواة الذرية الأولية +92، بينما كانت شحنة النواتين الأخيرتين +90 و+2، أي المجموع +92. وهذه حالة خاصة من القاعدة العامة. الذرة مع عدد الذرة X،وبعد أن ينبعث منها جسيم، يتحول دائمًا إلى ذرة أخرى ذات عدد ذري X-2. لم يتم ملاحظة أي استثناءات على الإطلاق. وبالتالي، في حالة إشعاع الجسيم، يتم استيفاء قانون حفظ الشحنة الكهربائية.

هل ينطبق قانون حفظ الشحنة الكهربائية على انبعاث الجسيمات بواسطة نواة الذرة؟ هذا الجسيم هو الإلكترون، والذي يشار إليه ه-1 لأن شحنة الإلكترون هي -1.

دعونا نفكر بعد ذلك في سلوك نظائر الثوريوم التي تكونت أثناء تحلل اليورانيوم. وهي ليست شائعة جدًا في الطبيعة لأنها بدورها تتحلل بسرعة. في هذه الحالة، ينبعث جسيم ويتكون نظير لعنصر البروتكتينيوم، الذي عدده الذري 91 ويرمز له بالرمز Ra. ومن خلال التركيز على الشحنة الكهربائية، يمكننا الكتابة

ث +90 > باسكال +91 + ه -1 .

مرة أخرى نلاحظ الحفاظ على الشحنات الكهربائية.

الذرة ذات العدد الذري X،وبعد أن ينبعث منها جسيم، يتحول دائمًا إلى ذرة أخرى ذات عدد ذري س+1.ولم تتم ملاحظة أي استثناءات لهذه القاعدة أيضًا. وهذا يعني أن قانون حفظ الشحنة الكهربائية ينطبق أيضًا على إشعاع الجسيم.

إن الذرة التي تبعث أشعة لا يغير عددها الذري أثناء عملية الانبعاث، لأن فوتون الأشعة لا يحمل شحنة.

باختصار، اتضح أن قانون حفظ الشحنة الكهربائية متحقق في أي تفاعل نووي.

الهيكل الأساسي

على الرغم من أن مسألة إشعاع الجسيم قد تم توضيحها أخيرًا، إلا أنه منذ استيفاء قانون الحفاظ على الشحنة الكهربائية، واصل الفيزيائيون أبحاثهم. وظل لغزًا بالنسبة لهم كيف يمكن لنواة موجبة الشحنة أن تبعث جسيمًا سالب الشحنة.

الحقيقة البسيطة المتمثلة في أن النواة الذرية تبعث جسيمات - و - في حد ذاتها تشير إلى أن النواة تتكون من أجزاء أصغر ويجب أن يحمل واحد منها على الأقل شحنة كهربائية موجبة.

لمدة عشر سنوات تقريبًا بعد اكتشاف الإلكترون، كان الفيزيائيون يبحثون عن جسيم موجب الشحنة يشبه الإلكترون سالب الشحنة. لكن البحث لم ينجح. وتبين أن أصغر جسيم موجب الشحنة تم اكتشافه هو نواة هيدروجين -1، وتم تسميتها بـ 1 H 1 . كانت شحنتها الكهربائية ضئيلة، أي أنها كانت مساوية تمامًا لشحنة الإلكترون، ولكن كانت لها علامة معاكسة. ومع ذلك، كانت كتلة هذا الجسيم أكبر بـ 1836.11 مرة من كتلة الإلكترون.

بحلول عام 1914، كان رذرفورد مقتنعًا بأن نواة الهيدروجين هي أخف جسيم موجب الشحنة موجود في جميع النوى الذرية. ولكن لماذا هو أثقل بكثير من الإلكترون سالب الشحنة (على الرغم من أن كلا الجسيمين لهما نفس الشحنات ذات الإشارة المعاكسة) لم يتمكن من تفسير ذلك. ولم يستطع أحد لا آنذاك ولا الآن. وتظل هذه إحدى المشكلات التي لم يتم حلها في الفيزياء النووية حتى يومنا هذا.

في عام 1920، اقترح رذرفورد تسمية هذا الجسيم المشحون إيجابيًا بالبروتون، من الكلمة اليونانية بروتوس - أولاً، نظرًا لكتلته الكبيرة، بدا أنه الأول، أي الأكثر أهمية، بين الجسيمات دون الذرية. تبلغ كتلة البروتون على المقياس الذري 1.00797، وفي معظم الحالات يتم اعتبارها وحدة دون الكثير من الأخطاء.

تتكون نواة الهيدروجين -1 من بروتون واحد. يبدو أن جميع النوى الأخرى يجب أن تحتوي على بروتونين أو أكثر، ولكن سرعان ما أصبح من الواضح أن النوى الذرية (وليس الهيدروجين -1، ولكن غيرها) لا يمكن أن تتكون من بروتونات فقط. يمتلك البروتون شحنة كهربائية قدرها +1 وعدد كتلته يساوي واحدًا تقريبًا، وإذا كانت النوى مكونة من بروتونات فقط، فإن عددها الذري يجب أن يكون مساويًا للعدد الذري. لكن هذا ينطبق فقط على الهيدروجين-1. الأعداد الكتلية للنوى الأخرى أكبر من أعدادها الذرية.

لنأخذ على سبيل المثال نواة نيتروجين ذات عدد كتلي 14. إذا كانت تتكون من بروتون فقط، فإن شحنتها الكهربائية ستكون +14، وبالتالي، سيكون العدد الذري أيضًا 14. في الواقع، الشحنة الكهربائية للذرة نواة النيتروجين هي +7 ويمكن تسمية النواة بـ 7 N 14. ماذا يحدث لوحدات الشحن السبع المتبقية؟

في البداية، اعتقد الفيزيائيون أن الإجابة تكمن في وجود الإلكترونات في النواة. إذا كانت نواة النيتروجين تحتوي على 14 بروتونًا و7 إلكترونات، فإن الكتلة الإجمالية للإلكترونات السبعة ستكون صغيرة بما يكفي لتجاهلها، لكن الإلكترونات ستعوض نصف الشحنات الموجبة. ومن الآثار الجانبية أن وجود الإلكترونات النووية سيؤثر أيضًا على قدرة النواة على إصدار إلكترونات على شكل جسيمات. لقد فشل هذا النموذج لبنية النواة في مسألة دوران الجسيم.

ومن المعروف أنه عندما تتحرك الجسيمات المشحونة، ينشأ مجال مغناطيسي. في عام 1928، توصل الفيزيائي الإنجليزي بول ديراك إلى استنتاج مفاده أن الجسيمات المشحونة تتحرك حتى عندما تبدو في حالة سكون. من الأفضل أن نفترض أن هذه الجسيمات تدور حول محورها، أي أن لها زخمًا زاويًا معينًا. إذا كان الجسيم يدور، فيجب أن يكون لديه طاقة يتم امتصاصها في أجزاء معينة، أو الكميات. وهذا ينطبق على جميع الأجسام الدوارة (حتى الكواكب مثل الأرض). ومع ذلك، فإن حجم الكم صغير جدًا مقارنة بإجمالي الطاقة الدورانية للأرض، لدرجة أنه إذا تلقت الأرض كمية أو حتى تريليون كوانتا من الطاقة الدورانية، فلن يلاحظ أحد شيئًا. ولكن إذا تلقى جسيم دون ذري مثل هذا الكم من الطاقة، فإن دورانه سيتغير بشكل ملحوظ، لأن الكم كبير جدًا بالنسبة للجسيم دون الذري. لا يمكن الكشف عن دوران الجسيم بأي قياسات، ولكن يمكن إثبات أن قيم دوران الجسيم تتوافق فقط مع عدد صحيح من كمات الطاقة. حجم الزخم الزاوي للجسيم الدوار صغير للغاية. ولذلك، تم اختراع مقياس خاص، والذي بموجبه تم أخذ دوران الفوتون يساوي الوحدة؛ وعلى هذا المقياس، يكون لكل من البروتون والإلكترون دوران قدره 1/2. يمكن توجيه الزخم الزاوي في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. يمكن للبروتون أو الإلكترون أن يدور في اتجاه أو آخر، وبالتالي فإن دورانه إما +1/2 أو -1/2.

دعونا نفكر في نظام يحتوي على العديد من هذه الجسيمات. إذا كان قانون الحفاظ على الزخم الزاوي صحيحًا، فيجب أن يكون الدوران الإجمالي للنظام مساويًا لمجموع دوران الجسيمات الفردية. دع النظام يتكون من أربعة جسيمات - بروتونات أو إلكترونات أو كليهما. إذا كان لكل جسيم دوران +1/2 أو -1/2، فإن إجمالي الدوران يكون صفرًا أو قيمة صحيحة. إن إجمالي الدوران لأي نظام يحتوي على عدد زوجي من الجسيمات، كل منها لديه دوران + 1/2 أو -1/2، يكون دائمًا صفرًا أو عددًا صحيحًا.

إذا كان النظام يتكون من عدد فردي من الجسيمات، كل منها لديه دوران +1/2 أو -1/2، فإن إجمالي الدوران لن يساوي أبدًا عددًا صحيحًا أو صفرًا، ولكنه سيأخذ فقط قيم نصف عدد صحيح.

لذلك، إذا كانت النواة الذرية تتكون من بروتونات وإلكترونات، فإن الدوران الكلي للنواة (السبين النووي) يعتمد على العدد الإجمالي لجميع الجسيمات. ومن ثم، إذا كانت نواة النيتروجين 7 N 14 تتكون بالفعل من 14 بروتونًا و7 إلكترونات، فإن العدد الإجمالي للجسيمات هو 21، أي فردي، ويجب أن يكون الدوران النووي للنيتروجين-14 مساويًا لـ 1/2.

إلا أن التجارب التي أجريت عام 1929 أظهرت أنها تساوي عددًا صحيحًا.

تم العثور على هذا التناقض أيضًا في بعض النوى الأخرى. أصبح من الواضح أنه إذا كانت النوى تحتوي على بروتونات وإلكترونات معًا، فإن بعضها ينتهك قانون حفظ الزخم الزاوي. لا يحب الفيزيائيون حقًا التخلي عن القانون إذا كان هناك طريقة لتجنبه، لذلك سارعوا للبحث عن تفسير آخر لبنية النواة.

لنفترض أنه بدلاً من زوج بروتون-إلكترون، يوجد جسيم واحد غير مشحون في النواة. ولا يؤثر وجودها على قانون حفظ الشحنة الكهربائية، حيث أن الشحنة الكهربائية الإجمالية لزوج البروتون والإلكترون تساوي صفرًا، وشحنة الجسيم الذي يحل محلهما صفر أيضًا.

الفرق يكمن في الزخم الزاوي. إذا كان للبروتون والإلكترون دوران +1/2 أو -1/2 لكل منهما، فإن إجمالي الدوران سيكون +1 أو 0 أو -1. يمكن أن يكون للجسيم غير المشحون دوران +1/2 أو -1/2. يجب أن تتكون نواة النيتروجين 14 بعد ذلك من بروتونات وجسيمات غير مشحونة.

إذا كانت كتلة الجسيم المحايد تساوي كتلة البروتون، فيجب أن يكون العدد الكتلي 14، والعدد الذري (بسبب البروتونات وحدها، لأنها الوحيدة ذات الشحنة الموجبة) يجب أن يكون سبعة، أي أنه سيكون النظير 7 N 14. فقط العدد الإجمالي للجسيمات في النواة سيكون 14، أي زوجي بدلًا من 21 فرديًا. ولكن مع وجود عدد زوجي من الجسيمات، كل منها له دوران قدره 1/2، يجب أن يكون دوران نواة النيتروجين عدد صحيح. وبالتالي سيتم حفظ قانون حفظ الزخم الزاوي.

تكمن الصعوبة في العثور على هذا الجسيم غير المشحون نفسه.

اعتمدت طرق الكشف عن الجسيمات دون الذرية على قدرتها على إخراج الإلكترونات من الذرات التي اصطدمت بها، وتحولها إلى أيونات. ويتم تسجيل هذه الأخيرة بواسطة أدوات مختلفة يستخدمها الفيزيائيون لدراسة الجسيمات.

تتشكل الأيونات من جسيمات تحمل أي نوع من الشحنات، حيث يطرد الجسيم سالب الشحنة الإلكترونات المشحونة سالبًا ويخرجها من الذرة التي تطير بالقرب منها. يجذب الجسيم ذو الشحنة الموجبة الإلكترونات، ويجردها من الذرات الأقرب إليه. فالجسيم غير المشحون لا يتفاعل مع الإلكترونات، أي أنه لا يشكل أيونات، وبالتالي لا يمكن اكتشافه مباشرة. ومع ذلك، هناك طرق غير مباشرة للكشف عن الأشياء غير المرئية عادة. إذا نظرت من النافذة، سترى الأشجار، لكنك لن ترى الهواء. ومع ذلك، إذا لاحظت أن أوراق الشجر على الأشجار تتمايل، فيمكنك أن تفترض بحق أنها تتلقى الطاقة بسبب حركة بعض الكتل التي لا يمكنك رؤيتها. ومن خلال دراسة سلوك الأوراق المتحركة بعناية، يمكنك معرفة الكثير عن خصائص الهواء دون رؤيته على الإطلاق.

ابتداءً من عام 1930، بدأ العلماء يلاحظون أنه عندما يتم قصف عناصر معينة بجسيمات، ينشأ إشعاع لا يمكن اكتشافه بالطرق التقليدية. فإذا وُضع البارافين في مسار هذا الإشعاع، انبعثت منه البروتونات. شيء ما أعطى البروتونات زخما. كان الزخم المنقول كبيرًا، وبالتالي، يجب أن يتكون الإشعاع من جسيمات ثقيلة جدًا أو سريعة جدًا، وربما ثقيلة وسريعة معًا. تمكن الفيزيائي الإنجليزي جيمس تشادويك من تفسير البيانات التي تم الحصول عليها بشكل صحيح وأعلن في عام 1932 عن اكتشاف جسيم محايد يشتبه به منذ فترة طويلة. وكان يطلق عليه النيوترون. كتلة النيوترون أكبر قليلًا من كتلة البروتون؛ من المفترض حاليًا أن يكون 1.008655. النيوترون لديه شحنة كهربائية صفر ودوران +1/2 أو -1/2، أي بالضبط تلك الخصائص التي كانت ضرورية لحفظ قانون الحفاظ على الزخم الزاوي.

وعلى الفور افترض الفيزيائي الألماني فيرنر كارل هايزنبرغ أن النواة تتكون من بروتونات ونيوترونات، أي من نوعي النيوكليونات المذكورين أعلاه.

وبما أن الأعداد الكتلية للبروتونات والنيوترونات تساوي واحدًا تقريبًا، فإن العدد الكتلي لأي نواة يساوي عدد النيوكليونات التي تحتوي عليها. العدد الذري، الذي يمثل الشحنة الكهربائية للنواة، يساوي عدد البروتونات، لأن البروتونات فقط هي التي تحمل شحنة كهربائية. تتكون نواة 2 He 4 من بروتونين ونيوترونين (أي أربعة نيوكليونات)، وتتكون نواة 8 O 16 من ثمانية بروتونات وثمانية نيوترونات (أي 16 نيوكليون)، وتتكون نواة 90 Th 232 من 90 بروتونًا و142 نيوترونًا (أي من 232 نيوكليون).

جميع نظائر أي عنصر لها نفس العدد الذري، لذلك يجب أن يكون لها جميعًا نفس العدد المميز من البروتونات في نواتها. لديهم أعداد كتلية مختلفة، لذلك يجب أن يكون لديهم أعداد مختلفة من النيوكليونات. وينشأ هذا الاختلاف فقط بسبب الاختلاف في عدد النيوترونات. وهكذا فإن نواة نظيري الكربون 6C12 و6C13 تحتوي على 6 بروتونات و6 نيوترونات في الحالة الأولى و6 بروتونات و7 نيوترونات في الحالة الثانية.

أما اليورانيوم فتتكون نواة 92 يو 235 من 92 بروتونًا و143 نيوترونًا، أي إجمالي 235 نيوكليونًا، وتتكون نواة 92 يو 238 من 92 بروتونًا و146 نيوترونًا، أي إجمالي 238 نيوكليونًا.

اضمحلال النيوترونات

أرز. 4. الإشعاع؟-الجسيمات.

ن > ع + + ه - .

اقترح فيزيائيون من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو استخدام المادة المظلمة لشرح التناقض بين تجارب "الزجاجة" و"الشعاع" لتحديد عمر النيوترون الحر. للقيام بذلك، يجب أن يحتوي حوالي واحد بالمائة من اضمحلال النيوترونات على جسيم من المادة المظلمة كمنتج نهائي، تتطابق كتلته عمليا مع كتلة البروتون. مقال نشر في رسائل المراجعة البدنية، تقارير موجزة عن ذلك الفيزياء.

في الحالة المقيدة (داخل النواة الذرية)، يمكن للنيوترونات أن تعيش إلى أجل غير مسمى، لكن النيوترونات الحرة تتحلل بسرعة. وكقاعدة عامة، فإن منتجات هذا الاضمحلال هي بروتون وإلكترون وإلكترون مضاد النيوترينو. ن → ص + ه − + ν ه* (ما يسمى)، على الرغم من أن النموذج القياسي يسمح أيضًا بعمليات أكثر غرابة، مثل اضمحلال بيتا الإشعاعي أو الاضمحلال لتكوين ذرة الهيدروجين. تعتمد التقديرات النظرية لعمر النيوترون الحر الذي يتحلل عبر مثل هذه القناة بشكل كبير على قيمة نسبة اقتران المتجه المحوري إلى المتجه، والتي يتم قياسها بخطأ نسبي يبلغ حوالي 0.2 بالمائة. وهذا يجعل من الصعب تقدير عمر النيوترون بدقة. حاليًا، تتنبأ الحسابات النظرية بعمر يتراوح بين 875 إلى 891 ثانية، أو حوالي 15 دقيقة.

ومن ناحية أخرى، يمكن قياس عمر النيوترون بشكل مباشر، وبطريقتين يسهل تطبيقهما عمليًا. في النوع الأول من التجارب، يقوم العلماء بتبريد الجسيمات إلى درجة حرارة منخفضة، ووضعها في مصيدة جاذبية على شكل زجاجة مستطيلة، وقياس عدد النيوترونات في المصيدة. نيعتمد على الوقت. ثم مقارنة الاعتماد المقاس تجريبيا مع القانون الأسي ن~ إكسب(- ر/τ)، يمكننا العثور على عمر النيوترون المميز τ = τ. في النوع الثاني من التجارب، يأخذ الفيزيائيون حزمة من النيوترونات ويقيسون عدد البروتونات التي تحتوي عليها، الناتجة عن تحلل بيتا. وهذا يجعل من الممكن تحديد معدل الانحلال، وبالتالي الوقت المميز له، والذي يتزامن مع عمر النيوترون τ = τ شعاع.

تكمن المشكلة في أن نتائج القياسات التي يتم إجراؤها بطرق مختلفة تختلف بمقدار عشر ثوانٍ تقريبًا - فبينما تعطي تجارب الزجاجة قيمة τ = 879.6 ± 0.6 ثانية، تؤدي تجارب الحزم إلى قيمة أعلى بشكل ملحوظ تبلغ τ = 888 ± 2 ثانية. وبذلك يصل التناقض بين هذه النتائج إلى 4. قد تكون أسباب هذا التناقض إما أخطاء منهجية تجاهلتها عدة مجموعات من المجربين في وقت واحد، أو آليات أساسية تشير إلى فيزياء خارج النموذج القياسي.

يقترح الفيزيائيان بارتوش فورنال وبنجامين جرينشتاين شرح التناقض بين نتائج التجارب المختلفة باستخدام . في الواقع، يُفترض في طريقة "الشعاع" أنه نتيجة الاضمحلال، تتحول مائة بالمائة من النيوترونات إلى بروتونات بالإضافة إلى بعض الجسيمات الأخرى الأقل كتلة (فوتونات، نيوترينوات، وما إلى ذلك). إذا حدث جزء صغير من هذه الاضمحلالات من خلال قناة "غير مرئية"، أي أنها تحتوي كمنتجات نهائية على جسيم من المادة المظلمة التي تتفاعل بشكل ضعيف للغاية مع المادة، فيجب حساب معدل الاضمحلال والعمر المحسوب على أساسه. تعديلها قليلا. بشكل تقريبي، في ظل وجود قناة "غير مرئية"، يتم التقليل من معدل الانحلال، ويبدو للتجارب أن النيوترونات تعيش لفترة أطول قليلاً. وبشكل أكثر دقة، يمكن استعادة العمر الحقيقي عن طريق ضرب شعاع الزمن في النسبة Br بين عدد التفاعلات التي تتضمن جسيمات النموذج القياسي والعدد الإجمالي للتفاعلات (يطلق الفيزيائيون على هذه النسبة اسم "نسبة التفرع"). وللتوفيق بين نتائج تجربتي "الزجاجة" و"الشعاع"، يجب أن تكون النسبة مساوية تقريبًا لـ Br ≈ 0,99، أي أن حوالي واحد بالمائة من الانحلال يجب أن يمر عبر القناة "غير المرئية".

يقترح العلماء قناتين محتملتين للتحلل تتضمن جزيئات المادة المظلمة. واحد منهم "غير مرئي" تمامًا (يتضمن كمنتجات نهائية فقط(جزيئات المادة المظلمة) والآخر "غير مرئي" جزئيًا فقط، أي أنه بالإضافة إلى الجسيمات الضخمة للمادة المظلمة، فإنه يحتوي على جسيمات خفيفة نسبيًا من النموذج القياسي - الفوتونات والإلكترونات والبوزيترونات وما إلى ذلك. لسوء الحظ، عندما يتم إدخال مثل هذه القنوات في النظرية، يصبح اضمحلال البروتون ممكنًا، وهو ما لا يتم ملاحظته عمليًا؛ ومع ذلك، فقد أظهر الفيزيائيون أن مثل هذا الاضمحلال سيكون محظورًا إذا كانت كتلة الجسيم "غير المرئي" تقع في النطاق من 937.9 إلى 939.6 ميجا إلكترون فولت. بالإضافة إلى ذلك، فإن المزيد من اضمحلال الجسيم لتكوين بروتون سيكون مستحيلًا إذا كانت كتلته أقل من 938.8 ميجا إلكترون فولت. في ظل هذه الحالة، سيكون عمر الجسيم الناتج طويلًا جدًا، مما يجعله مرشحًا جيدًا لدور جسيم المادة المظلمة.

يتحلل النيوترون "غير المرئي" إلى جزيئات المادة المظلمة

ب. فورنال و ب.جرينشتاين / فيز. القس. بادئة رسالة.

اضمحلال النيوترون "غير المرئي جزئيًا" إلى جسيم مادة مظلمة وفوتون

ب. فورنال و ب.جرينشتاين / فيز. القس. بادئة رسالة.

وأخيرًا، قام الفيزيائيون بدراسة كل من القناتين المحتملتين بمزيد من التفصيل وأوضحوا معالم الجسيمات التي تتشكل فيهما. على سبيل المثال، تتراوح طاقة الفوتونات التي تتولد مع جسيمات المادة المظلمة طويلة العمر في قناة "غير مرئية جزئيًا" من 0.782 إلى 1.664 ميجا إلكترون فولت، ويجب أن تكون الفوتونات أحادية اللون (أي أن طاقتها متماثلة). في كل الاضمحلال). إذا تمت إزالة شرط العمر الطويل من الجسيم، فإن الحد الأدنى لطاقة الفوتون يختفي.

على الرغم من مقال الفيزيائيين في رسائل المراجعة البدنيةتم نشره في الأسبوع الماضي فقط على موقع النسخة الأولية arXiv.org في 3 يناير 2018. لذلك، تمكنت عدة مجموعات من العلماء بالفعل من تطبيق أفكار فورنال وجرينشتاين في عملهم. على وجه الخصوص، حاولت مجموعة من الباحثين من أمريكا وفرنسا بالفعل اكتشاف الفوتونات التي تولد نتيجة اضمحلال النيوترونات "غير المرئية جزئيًا"، وذلك بمسح نطاق الطاقة من 0.782 إلى 1.664 ميجا إلكترون فولت - ومع ذلك، لم يتمكنوا أبدًا من التسجيل إشارة ملحوظة تستبعد تكوين جزيئات المادة المظلمة طويلة العمر أثناء الاضمحلال. ونظرت مجموعات أخرى في كيفية تأثير الاضمحلال "غير المرئي" على تطور النجوم النيوترونية - وتبين أنه إذا حدث مثل هذا الاضمحلال بالفعل، فإن كتلة النجوم ستنخفض بسرعة. وهذا يتناقض مع ملاحظات علماء الفلك؛ ولذلك، ينبغي حظر الاضمحلال "غير المرئي" في النجوم النيوترونية. أخيرًا، أظهرت مجموعة أخرى من العلماء أن المحتوى العالي بشكل غير طبيعي لذرات 10 Be في نواتج اضمحلال 11 Be يمكن تفسيره باستخدام نفس الآليات المستخدمة في اضمحلال النيوترونات.

حتى الآن، لم يتمكن العلماء من التقاط جزيئات المادة المظلمة في تجربة مباشرة، لذا فإن جميع الأدلة المؤيدة لوجودها هي ذات طبيعة جاذبية حصرية. بدلًا من ذلك، وضع الفيزيائيون قيودًا صارمة للغاية على المقطع العرضي لتفاعل الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) مع المادة - على سبيل المثال، الحد الأقصى لقيمة هذا المقطع العرضي هو الآن في حدود 10-45 سنتيمترًا مربعًا. ومع ذلك، فإن الباحثين لا يفقدون الأمل في النجاح - فهم يواصلون المنشآت التجريبية الحالية، وأنواع جديدة من أجهزة الكشف، ويبحثون عن جزيئات المادة المظلمة من أنواع أخرى (على سبيل المثال، أو)، بالإضافة إلى طرق بديلة للكشف عن الجزيئات.

ديمتري ترونين

نصف عمر النيوترون الحر. تم اكتشاف B-r تجريبيا لأول مرة. ن. وحصلوا على تقديرات لنصف عمره تقريبًا في وقت واحد (1948-1950) وبشكل مستقل عن بعضهم البعض بواسطة A. H. Snell (أوك ريدش، الولايات المتحدة الأمريكية)، وJ. Robson (Choke River، كندا) وP E. Spivak (IAE).في المجموع تم إجراء 15 قياسًا

ت 1/2 نيوترون. نائب. تم الحصول على بيانات دقيقة من خلال عمل سي. كريستنسن وزملائه (1970) (=10.61ب0.16 دقيقة)، ومجموعات سبيفاك (1978، T 1/2 =10.18ب0.10 دقيقة) وجي. بيرن (1980، ز 1/2 = 10.82 ب 0.21 دقيقة).لتحديد تتم إنتاج نصف نيوترون بواسطة 2 عضلات بطن مستقلة. القياسات: تم تحديد عدد أحداث اضمحلال النيوترونات في منطقة معينة من حزمة موازية من النيوترونات الحرارية وقياس عدد النيوترونات الموجودة في هذه المنطقة. في هذه الحالة، تم تسجيل إما الإلكترونات (كريستنسن) أو بروتونات الاضمحلال (سبيفاك، بيرن)، وكان نطاق الطاقة لها يتراوح بين 0-800 فولت. تم تسجيلهم خصيصًا في عمل سبيفاك. خلفية منخفضة

العداد النسبي

دخلت البروتونات نافذة المدخل بعد مرورها عبر المحدد. الحجاب الحاجز وتسريعه إلى طاقة تبلغ 25 كيلو فولت بشكل كروي. مجال التركيز (الشكل 1). تم تحديد عدد النيوترونات في منطقة الاضمحلال بواسطة القيمة المطلقة. نشاط Au المشعع في نفس مكان شعاع النيوترونات. 1 طاقة تم قياس طيف الإلكترون بواسطة روبسون وكريستنسن (1972). يستثني 2 أرز. 1. مخطط تجربة لقياس نصف عمر النيوترون الحر 3, 5 - غرفة مفرغة 4 - شعاع النيوترون. 8 - أغشية مقيدة،

- الشاشة (حماية الحقول الخارجية)؛ 6 - شبكة الكبح. 7 - تركيز الأقطاب الكهربائية. - كاشف البروتونات (العداد النسبي).بعض الانحرافات في منطقة الطاقة الناعمة (حوالي 250 كيلو إلكترون فولت، على ما يبدو بسبب أخطاء القياس) بشكل عام، يتفق الطيف جيدًا مع صيغة فيرمي للتحولات المسموح بها (انظر.

اضمحلال بيتا

النوى):

الارتباطات الزاوية لمنتجات الاضمحلال.

نبضات 3 جسيمات تشكلت خلال B-r. n.، ترتبط ببعضها البعض بموجب قانون الحفظ، وبالتالي، مع الأخذ بعين الاعتبار دوران النيوترون المتحلل، لا يوجد سوى 4 ارتباطات زاويّة مستقلة ممكنة من الناحية النظرية. يمكن كتابة احتمال اضمحلال نيوترون حر لكل وحدة زمنية على النحو التالي: هذا هو شكل الطيف، هي سرعة الإلكترون، هي ناقلات الوحدة لاتجاهات انبعاث الإلكترون ومضادات النيوترينو،أ - ثابت الاقتران بين اتجاهي انبعاث النيوترينو المضاد والإلكترون؛أ يصف العلاقة بين اتجاه انبعاث الإلكترون واتجاه دوران النيوترون المتحلل؛في يصف العلاقة بين اتجاه انبعاث النيوترينو المضاد ودوران النيوترون؛د

يميز العلاقة بين اتجاه الدوران والمستوى الطبيعي لمستوى تمدد الجسيمات. الارتباطات غريبة مكانيًا، أي أنها تغير الإشارة عندما يتم عكس نظام الإحداثيات. الارتباط الثلاثي متساوي مكانيًا، ولكنه غريب فيما يتعلق بالانعكاس الزمني (ت

غريب).اضمحلال النيوترونات وثوابت التفاعل الضعيفة - ثابت الاقتران بين اتجاهي انبعاث النيوترينو المضاد والإلكترون؛. وفقا للنظرية أفكار، أساسية المساهمة في B-r.n. يجب أن يعطي المتجه (F) والمتجه المحوري ( -- ثابت الاقتران بين اتجاهي انبعاث النيوترينو المضاد والإلكترون؛)التفاعلات( V-متغير) مع نيوترينو مضاد طولي عديم الكتلة أو (ربما) مع نيوترينو طولي تقريبًا، وله كتلة صغيرة جدًا (مقارنة بالإلكترون). ومع ذلك، فإن تراكب 3 متغيرات أخرى (إجمالي 5) للتفاعل الضعيف يمكن تصوره نظريًا 4 فرميونات- العددية ( س)، العددية الكاذبة ( ص) والموتر ( ت). توضيح مسألة الخيارات التي يتم تنفيذها بالفعل هو Ch. مهمة دراسة اضمحلال بيتا للنوى والنيوترونات. نائب. الطريقة الموثوقة لحل هذه المشكلة هي الحصول على قيم دقيقة للثوابت

أ، أ، ب، د . في حالة ب-ر. ن. تفسير البيانات التجريبية خالي من الشكوك الناتجة عن تفاصيل غير معروفة للبنية النووية.دراسات دقيقة للارتباط المضاد للنيوترينو والإلكترون أجريت في النمسا. بحثت مركز في زايبرسدورف (1975-1978)، أعطى القيمة = -0.1017 - ثابت الاقتران بين اتجاهي انبعاث النيوترينو المضاد والإلكترون؛ب يصف العلاقة بين اتجاه انبعاث الإلكترون واتجاه دوران النيوترون المتحلل؛ 0.0051. وفي الوقت نفسه، تم قياس طيف بروتونات الاضمحلال التي طارت عبر القناة المفرغة من قلب المفاعل. قياس الثوابت وأصبح ممكنا فقط بعد الحصول على عوارض قوية - ثابت الاقتران بين اتجاهي انبعاث النيوترينو المضاد والإلكترون؛. من منطقة معينة من شعاع المستقطبات. النيوترونات، يتم تسجيل الإلكترونات التي تحلق في زاوية صلبة معينة في اتجاهين للنيوترونات - بالتوازي والتوازي مع محور تسجيل الإلكترون، ومقارنة معدلات العد في ظل هذه الظروف، ما يسمى. قيمة عدم التماثل:

حيث المتوسط على الجزء المسجل من الطيف هو الزاوية الواقعة بين اتجاه استقطاب النيوترونات

أرز. 3. مخطط تجريبي لقياس ارتباط الإلكترون بالدوران: 1 - كاشف الإلكترون (البلاستيك والتلألؤ وPMT)؛ 2 - شبكة؛ 3 - غرفة مفرغة 4 - شعاع من النيوترونات المستقطبة؛ 5 - قطب كروي (+25 كيلو فولت)؛ 6 -شبكة كروية صغيرة؛ 7 - كاشف البروتون (CsI والمضاعف الضوئي): 8 - شاشة؛ 9 - شبكة مخروطية (+28 كيلو فولت)؛ 10 - الحجاب الحاجز الذي يحدد منطقة عمل شعاع النيوترونات.

جديدة وزخم الإلكترون المكتشف، ل- معامل استقطاب شعاع النيوترونات.

وفي الواقع، فإن الصورة معقدة بسبب وجود خلفية من إلكترونات غير مرتبطة بتحلل النيوترون. - ثابت الاقتران بين اتجاهي انبعاث النيوترينو المضاد والإلكترون؛وهذا يفرض تشغيل كاشف الإلكترون ليتزامن مع كاشف بروتون الاضمحلال. ومع ذلك، في هذه الحالة، فإن الارتباط الزاوي لمضاد النيوترينو المغزلي، والذي يكون أقوى بعشر مرات من الارتباط المقاس، يمكن أن يقدم مساهمة ملحوظة في عدم التماثل. وفي أعمال معهد الطاقة الذرية، تم تصميم التركيب بطريقة تضمن جمع كل البروتونات المتكونة أثناء B-r. n. ، والتي استبعدت تأثير العلاقة بين مضادات النيوترينو والدوران (الشكل 3). نتيجة هذا العمل: - ثابت الاقتران بين اتجاهي انبعاث النيوترينو المضاد والإلكترون؛=-0.114b0.005. أعطت دراسات مماثلة أجريت في مختبر أرجون (الولايات المتحدة الأمريكية) ما يلي:

=- 0.113b0.006. يصف العلاقة بين اتجاه انبعاث الإلكترون واتجاه دوران النيوترون المتحلل؛لثابت يصف العلاقة بين اتجاه انبعاث الإلكترون واتجاه دوران النيوترون المتحلل؛القيم التي تم الحصول عليها: = 1.01b0.05 (الولايات المتحدة الأمريكية) وب= نيوترون. نائب. تم الحصول على بيانات دقيقة من خلال عمل سي. كريستنسن وزملائه (1970) (=10.61ب0.16 دقيقة)، ومجموعات سبيفاك (1978، T 1/2 =10.18ب0.10 دقيقة) وجي. بيرن (1980، ز 1/2 = 10.82 ب 0.21 دقيقة).+0.955b0.035 (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية). الارتباط هو موضوع البحث عن الانتهاكات يصف العلاقة بين اتجاه انبعاث النيوترينو المضاد ودوران النيوترون؛-التكافؤ في التفاعلات الضعيفة. تم إجراء ما مجموعه 6 قياسات للثابت يصف العلاقة بين اتجاه انبعاث النيوترينو المضاد ودوران النيوترون؛. نائب. المسافات بالضبط: =+0.0022b0.0030 (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية) ود =

-0.0011b0.0017 (غرونوبل، فرنسا). وتشير هذه النتائج إلى غياب التأثير المطلوب ضمن خطأ القياس. - ثابت الاقتران بين اتجاهي انبعاث النيوترينو المضاد والإلكترون؛ب يصف العلاقة بين اتجاه انبعاث الإلكترون واتجاه دوران النيوترون المتحلل؛تم الحصول عليها من خلال دراسة اضمحلال المستقطبات. قيم ثابت النيوترونات سمح لنا باتخاذ خيار واضح لصالح V-أ -نسخة من النظرية. الاختبار الجيد هو النسبة 1+أ=ب+أ سمح لنا باتخاذ خيار واضح لصالحوالتي يجب أن تفي بالبيانات في حالة الخالص -خيار. ومع ذلك، فإن البيانات المتاحة لا تستبعد حتى الآن (في حدود أخطاء القياس) وجود مصطلحات من النوع العددي أو الموتر في الهاملتونية، ولكنها تفرض فقط قيودًا على الثوابتز<0,3 и التفاعلات الضعيفة ذات 4 فرميونات: G S /G V<0,15.

جي تي / جي أ	طبيعة التجربة
المجموعة التجريبية 1. القياس	ت 1/2
	ك. كريستنسن وآخرون (ريسو، الدانمارك)	1.276b0.008
	ج. بيرن وآخرون (فرنسا)
4. قياسات ثابتة - ثابت الاقتران بين اتجاهي انبعاث النيوترينو المضاد والإلكترون؛	P. دوبروزيمسكي وآخرون (سيبرسدورف، النمسا)