న్యూట్రాన్ ఏ కణాలలోకి క్షీణిస్తుంది? ఫోటాన్‌ల విడుదలతో న్యూట్రాన్‌లు కూడా క్షీణిస్తాయి

న్యూట్రాన్ బీటా డికే, ఫ్రీ న్యూట్రాన్ nను ప్రోటాన్ p, ఎలక్ట్రాన్ ఇ మరియు ఎలక్ట్రాన్ యాంటీన్యూట్రినో vగా మార్చడం? e బలహీనమైన పరస్పర చర్య వలన: n → p + e - + v? ఇ. ఈ ప్రక్రియలో విడుదలయ్యే శక్తి 783 కెవి; ఇది ప్రధానంగా ఎలక్ట్రాన్ మరియు యాంటిన్యూట్రినో వేర్వేరు దిశల్లో ఎగురుతూ మధ్య పంపిణీ చేయబడుతుంది మరియు ప్రోటాన్ 0 నుండి 751 eV వరకు దూరంగా ఉంటుంది.

న్యూట్రాన్ బీటా క్షయం ఉనికిని కనుగొన్న మొదటి ప్రయోగాలు మరియు న్యూట్రాన్ జీవితకాలం (అనగా, న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్య e కారకం ద్వారా తగ్గే సమయం) యొక్క మొదటి అంచనాలు A. స్నెల్ (USA) చే చేయబడ్డాయి. , G. రాబ్సన్ (కెనడా) మరియు P.E. స్పివాక్ (USSR) 1940ల చివరలో, తీవ్రమైన న్యూట్రాన్ ఫ్లక్స్‌లతో అణు రియాక్టర్లు కనిపించినప్పుడు. ఈ ప్రయోగాలలో, న్యూట్రాన్ పుంజం యొక్క ఎంచుకున్న ప్రాంతం నుండి విడుదలయ్యే ప్రోటాన్లు లేదా ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య మరియు ఈ ప్రాంతంలోని న్యూట్రాన్ల సంఖ్యను కొలుస్తారు. అప్పటి నుండి, న్యూట్రాన్ బీటా క్షయం యొక్క అధ్యయనం - బలహీనమైన పరస్పర చర్య యొక్క లక్షణాలు దాదాపు స్వచ్ఛమైన రూపంలో కనిపించే ప్రక్రియ - తీవ్రంగా కొనసాగించబడింది.

ఎలిమెంటరీ పార్టికల్స్ యొక్క ఆధునిక సిద్ధాంతం (ప్రామాణిక నమూనా అని పిలవబడేది) ఈ ప్రక్రియను న్యూట్రాన్‌లో భాగమైన మరియు ఛార్జ్‌లో 1/3కి సమానమైన ప్రతికూల చార్జ్‌ని కలిగి ఉన్న రెండు డి-క్వార్క్‌లలో ఒకదాని రూపాంతరం ఫలితంగా పరిగణించబడుతుంది. ఛార్జ్ ఎలక్ట్రాన్‌లో + 2/3 ఛార్జ్‌తో ఎలక్ట్రాన్ అప్-క్వార్క్‌గా మారుతుంది. ఈ సందర్భంలో, ఒక కణం కనిపిస్తుంది - బలహీనమైన పరస్పర చర్య యొక్క క్యారియర్ - వెక్టర్ W - బోసాన్, ఇది దాదాపు తక్షణమే ఎలక్ట్రాన్ మరియు యాంటీన్యూట్రినోగా క్షీణిస్తుంది. అందువలన, బ్రేక్డౌన్ ప్రక్రియ రేఖాచిత్రం క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

న్యూట్రాన్ బీటా క్షీణతను నిర్ణయించే ప్రధాన పరిమాణాలు న్యూట్రాన్ జీవితకాలం τ n మరియు నాలుగు స్థిరాంకాలు (కోణీయ సహసంబంధాలు) క్షయం సంభావ్యతపై ఆధారపడటాన్ని వర్గీకరిస్తాయి:

1) మొమెంటా p c మరియు p vతో కూడిన ఎలక్ట్రాన్ మరియు యాంటీన్యూట్రినో ఉద్గార దిశల మధ్య కోణం? ఇ,

2) r e మరియు న్యూట్రాన్ స్పిన్ σ n మధ్య కోణం

3) p v మధ్య కోణం? ఇ మరియు σ n మరియు

4) సాధారణ నుండి క్షయం విమానం మరియు σ n మధ్య కోణం.

రెండవ మరియు మూడవ కోణీయ సహసంబంధాలు ప్రాదేశిక సమానత్వం యొక్క పరిరక్షణ చట్టాన్ని ఉల్లంఘిస్తాయి, ఇది శాస్త్రీయ భౌతిక శాస్త్రంలో అస్థిరమైనది (కోఆర్డినేట్‌ల అద్దం ప్రతిబింబం నుండి ప్రకృతి నియమాల స్వాతంత్ర్యం), మరియు రెండోది కనుగొనబడితే, అస్థిరత ఉల్లంఘన అని అర్థం. సమయం రివర్సల్ సమయంలో చట్టాలు.

21వ శతాబ్దం ప్రారంభం నాటికి, న్యూట్రాన్ జీవితకాలం యొక్క 25 కంటే ఎక్కువ కొలతలు వివిధ పద్ధతులను ఉపయోగించి నిర్వహించబడ్డాయి. ఫలితంగా, సగటు న్యూట్రాన్ జీవితకాలం τ n = 885.7 ±0.7 సె అని నిర్ధారించబడింది. τ n యొక్క అత్యంత ఖచ్చితమైన విలువలు అల్ట్రాకోల్డ్ న్యూట్రాన్‌లను నిల్వ చేయడం ద్వారా పొందబడ్డాయి, ఇవి బలహీనంగా గ్రహించే గోడలు లేదా ప్రత్యేక అయస్కాంత క్షేత్ర కాన్ఫిగరేషన్‌ల ద్వారా పరిమితం చేయబడిన క్లోజ్డ్ వాల్యూమ్‌లలో చాలా కాలం పాటు ఉంటాయి. ఈ సందర్భంలో, సమయంతో అల్ట్రాకోల్డ్ న్యూట్రాన్ల సంఖ్య తగ్గుదల నేరుగా కొలుస్తారు.

ప్రయోగాత్మక ఖచ్చితత్వం యొక్క ప్రస్తుత స్థాయిలో కోణీయ సహసంబంధ స్థిరాంకాల యొక్క కొలతల ఫలితాలు సిద్ధాంతానికి విరుద్ధంగా లేవు. అయినప్పటికీ, స్టాండర్డ్ మోడల్‌కు మించి వెళ్లవలసిన అవసరాన్ని సూచించే ఏవైనా ప్రభావాలను గుర్తించే ప్రయత్నాలు కొనసాగుతున్నాయి.

న్యూట్రాన్ జీవితకాలం మరియు కోణీయ సహసంబంధ స్థిరాంకాల యొక్క మరింత స్పష్టీకరణ ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రం మరియు విశ్వోద్భవ శాస్త్రానికి కూడా ముఖ్యమైనది: ఈ డేటా బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత విశ్వం యొక్క పరిణామ సిద్ధాంతంలో మరియు నక్షత్రాల లోపల సంభవించే ప్రక్రియల వివరణలో మరియు వాటి శక్తిని నిర్ణయించడంలో ఉపయోగించబడుతుంది.

లిట్.: Erozolimsky B. G. ఉచిత న్యూట్రాన్ యొక్క బీటా క్షయం // న్యూక్లియర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ యొక్క ఆధునిక పద్ధతులు. 1986. ఎల్., 1988; అలెక్సాండ్రోవ్ యు.ఎ. న్యూట్రాన్ యొక్క ప్రాథమిక లక్షణాలు. 3వ ఎడిషన్ M., 1992.

B. G. ఎరోజోలిమ్స్కీ.

న్యూక్లియస్ యొక్క ప్రోటాన్-న్యూట్రాన్ నమూనా భౌతిక శాస్త్రవేత్తలను పూర్తిగా సంతృప్తిపరుస్తుంది మరియు ఈ రోజు వరకు ఉత్తమమైనదిగా పరిగణించబడుతుంది. అయితే, మొదటి చూపులో ఇది కొన్ని సందేహాలను లేవనెత్తుతుంది. పరమాణు కేంద్రకంలో ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లు మాత్రమే ఉంటే, ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్లు దాని నుండి?-కణాల రూపంలో ఎలా తప్పించుకోగలవు అనే ప్రశ్న మళ్లీ తలెత్తుతుంది. న్యూక్లియస్‌లో ఎలక్ట్రాన్లు లేనట్లయితే మరియు అవి క్షయం సమయంలో ఏర్పడినట్లయితే? సరైన పరిష్కారాన్ని కనుగొనడానికి పరిరక్షణ చట్టాలను వర్తింపజేద్దాం.

ఎలక్ట్రాన్ ఏర్పడటం అంటే ప్రతికూల విద్యుదావేశం ఏర్పడటం. కానీ విద్యుత్ ఛార్జ్ యొక్క పరిరక్షణ చట్టం ప్రకారం, అదే సమయంలో సానుకూల చార్జ్ వచ్చే వరకు ప్రతికూల చార్జ్ ఏర్పడదు. అయితే, ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన ఒక్క కణం కూడా న్యూక్లియస్ నుండి?-కణంతో కలిసి ఎగరదు; కాబట్టి, అటువంటి కణం కేంద్రకం లోపల ఉండాలి. న్యూక్లియస్ లోపల ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన ఒక కణం మాత్రమే ఉందని తెలుసు - ప్రోటాన్. చెప్పబడిన అన్నింటి నుండి, న్యూక్లియస్ నుండి ఎలక్ట్రాన్ విడుదలైనప్పుడు, న్యూక్లియస్ లోపల ప్రోటాన్ ఏర్పడుతుంది. శక్తి పరిరక్షణ చట్టానికి వెళ్దాం. ఒక ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటుంది మరియు అది ఏర్పడినట్లయితే, ద్రవ్యరాశి వేరే చోట అదృశ్యం కావాలి. హైడ్రోజన్-1 మినహా అన్ని న్యూక్లియైలు న్యూట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటాయి. ఛార్జ్ చేయని కారణంగా, ఎలెక్ట్రిక్ చార్జ్ యొక్క పరిరక్షణ చట్టాన్ని ఉల్లంఘించకుండా న్యూట్రాన్ కనిపిస్తుంది లేదా అదృశ్యమవుతుంది. పర్యవసానంగా, న్యూక్లియస్ లోపల ఒక α కణం విడుదలైనప్పుడు, ఒక న్యూట్రాన్ అదృశ్యమవుతుంది మరియు అదే సమయంలో ఒక ప్రోటాన్ కనిపిస్తుంది (Fig. 4). మరో మాటలో చెప్పాలంటే, న్యూట్రాన్ ప్రోటాన్‌గా మారుతుంది, ఎలక్ట్రాన్‌ను విడుదల చేస్తుంది. న్యూట్రాన్ ప్రోటాన్ కంటే కొంచెం బరువుగా ఉన్నందున శక్తి పరిరక్షణ నియమాన్ని ఉల్లంఘించలేదు. ఒక ప్రోటాన్ మరియు ఎలక్ట్రాన్ కలిసి పరమాణు బరువు స్కేల్‌పై 1.008374 ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉండగా, న్యూట్రాన్ ద్రవ్యరాశి 1.008665. న్యూట్రాన్ ఎలక్ట్రాన్ మరియు ప్రోటాన్‌గా మారినప్పుడు, 0.00029 ద్రవ్యరాశి "అదృశ్యమవుతుంది." వాస్తవానికి, ఇది దాదాపు 320 కెవికి సమానమైన ఉద్గార కణం యొక్క గతిశక్తిగా మారుతుంది.

అన్నం. 4. రేడియేషన్?-కణాలు.

ఈ వివరణ సంతృప్తికరంగా ఉంది, కాబట్టి వీలైనంత సరళమైన చిహ్నాల వ్యవస్థను ఉపయోగించి సంగ్రహిద్దాం. మనం న్యూట్రాన్ n, ప్రోటాన్ p +, ఎలక్ట్రాన్ e -ని సూచిస్తాము మరియు?-కణం యొక్క రేడియేషన్ కోసం సమీకరణాన్ని వ్రాద్దాం:

n > p ++ e - .

మన తార్కికం న్యూక్లియస్ లోపల ఏమి జరుగుతుందో పరోక్షంగా ప్రతిబింబిస్తుంది. వాస్తవానికి, మీరు న్యూక్లియస్ లోపల చూడలేరు మరియు చార్జ్డ్ ఎలక్ట్రాన్ విడుదలైనప్పుడు ప్రోటాన్ న్యూట్రాన్‌గా మారడాన్ని చూడలేరు. కనీసం ఇంకా లేదు. వ్యక్తిగత న్యూట్రాన్‌లను స్వేచ్ఛా స్థితిలో గమనించడం సాధ్యమేనా? చెప్పాలంటే, అవి మన కళ్ల ముందు ప్రోటాన్‌లుగా మారి వేగంగా ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేస్తాయా?

1950 లో, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు చివరకు సమాధానాన్ని పొందగలిగారు. ఉచిత న్యూట్రాన్లు కాలానుగుణంగా క్షీణించి ప్రోటాన్లుగా మారుతాయి మరియు ఇది తరచుగా జరగదు. న్యూట్రాన్ ఈ మార్పుకు గురైన ప్రతిసారీ, ఒక ఎలక్ట్రాన్ విడుదలవుతుంది.

క్షయం సంభవించే వరకు న్యూట్రాన్లు స్వేచ్ఛా స్థితిలో ఉంటాయి మరియు ఈ కాలం ఎంతకాలం కొనసాగుతుంది అనే ప్రశ్న చాలా ముఖ్యమైనది. ఒక న్యూట్రాన్ ఎప్పుడు రేడియోధార్మిక క్షీణతకు లోనవుతుందో చెప్పడం అసాధ్యం. ఈ ప్రక్రియ యాదృచ్ఛికంగా జరుగుతుంది. ఒక న్యూట్రాన్ సెకనులో ఒక మిలియన్ వంతు, మరొకటి ఐదు వారాల పాటు మరియు మూడవది ఇరవై ఏడు బిలియన్ సంవత్సరాల వరకు క్షీణించకుండా ఉనికిలో ఉంది. అయినప్పటికీ, ఒకే రకమైన పెద్ద సంఖ్యలో కణాల కోసం, వాటిలో కొంత శాతం క్షీణించినప్పుడు సహేతుకమైన ఖచ్చితత్వంతో అంచనా వేయడం సాధ్యమవుతుంది. (అదే విధంగా, భీమా గణాంక నిపుణుడు ఒక వ్యక్తి ఎంత కాలం జీవిస్తాడో అంచనా వేయలేడు, కానీ ఒక నిర్దిష్ట వయస్సు గల వ్యక్తుల యొక్క పెద్ద సమూహం, వృత్తి, నివాస స్థలం మొదలైనవాటికి, అతను సగానికి ఎంత సమయం పడుతుందో గణనీయమైన ఖచ్చితత్వంతో అంచనా వేయగలడు. వారిలో చనిపోతారు.)

ఇచ్చిన రకం యొక్క సగం కణాలు క్షీణించే సమయాన్ని సాధారణంగా కణం యొక్క సగం జీవితం అంటారు. ఈ పదాన్ని రూథర్‌ఫోర్డ్ 1904లో ఉపయోగించారు. ప్రతి రకమైన కణానికి దాని స్వంత లక్షణమైన సగం జీవితం ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, యురేనియం-238 యొక్క సగం జీవితం 4.5·10 9 సంవత్సరాలు, మరియు థోరియం-232 చాలా ఎక్కువ - 1.4·10 10 సంవత్సరాలు. అందువల్ల, యురేనియం మరియు థోరియం ఇప్పటికీ భూమి యొక్క క్రస్ట్‌లో గణనీయమైన పరిమాణంలో కనుగొనబడ్డాయి, ఏ క్షణంలోనైనా వాటి అణువులలో కొన్ని క్షీణిస్తున్నప్పటికీ. భూమి యొక్క మొత్తం ఐదు-బిలియన్ సంవత్సరాల చరిత్రలో, యురేనియం-238 నిల్వలలో సగం మాత్రమే మరియు థోరియం-232 నిల్వలలో సగం కంటే తక్కువ మాత్రమే క్షీణించాయి.

కొన్ని రేడియోధార్మిక కేంద్రకాలు చాలా తక్కువ స్థిరంగా ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, యురేనియం-238 ఒక కణాన్ని విడుదల చేసినప్పుడు, అది థోరియం-234గా మారుతుంది. థోరియం-234 యొక్క సగం జీవితం కేవలం 24 రోజులు మాత్రమే, కాబట్టి భూమి యొక్క క్రస్ట్‌లో ఈ మూలకం యొక్క జాడలు మాత్రమే ఉన్నాయి. ఇది యురేనియం-238 నుండి చాలా నెమ్మదిగా ఏర్పడుతుంది మరియు ఒకసారి ఏర్పడినప్పుడు, చాలా త్వరగా క్షీణిస్తుంది.

థోరియం-234 క్షీణించినప్పుడు, అది ఒక కణాన్ని విడుదల చేస్తుంది. థోరియం న్యూక్లియస్ లోపల, ఒక న్యూట్రాన్ ప్రోటాన్‌గా మారుతుంది. థోరియం-234 యొక్క ఈ రూపాంతరం సగం-జీవిత కాలం ఇరవై నాలుగు రోజులు ఉంటుంది, ఇతర రేడియోధార్మిక ఐసోటోపులలో, న్యూట్రాన్లు చాలా నెమ్మదిగా ప్రోటాన్‌లుగా మారుతాయి. ఉదాహరణకు, పొటాషియం-40 1.3·10 9 సంవత్సరాల సగం జీవితంతో β-కణాలను విడుదల చేస్తుంది. కొన్ని ఐసోటోపులు రేడియోధార్మిక క్షీణతకు లోబడి ఉండవు. కాబట్టి, ఆక్సిజన్-16 పరమాణువుల కేంద్రకాలలో, తెలిసినంతవరకు, ఒక్క న్యూట్రాన్ కూడా ప్రోటాన్‌గా మారదు, అంటే, సగం జీవితం అనంతం. అయినప్పటికీ, ఉచిత న్యూట్రాన్ యొక్క అర్ధ-జీవితంపై మాకు చాలా ఆసక్తి ఉంది. ఉచిత న్యూట్రాన్ ఇతర కణాలతో చుట్టుముట్టబడదు, అది ఎక్కువ లేదా తక్కువ స్థిరంగా ఉండేలా చేస్తుంది, దాని అర్ధ-జీవితాన్ని పొడిగిస్తుంది లేదా తగ్గిస్తుంది, అంటే మనకు ఉచిత న్యూట్రాన్ విషయంలో, చెప్పాలంటే, వక్రీకరించని సగం జీవితం. ఇది దాదాపు పన్నెండు నిమిషాలకు సమానం అని తేలింది, అంటే ప్రతి పన్నెండవ నిమిషం చివరిలో ట్రిలియన్ న్యూట్రాన్లలో సగం ప్రోటాన్లు మరియు ఎలక్ట్రాన్లుగా మార్చబడతాయి.

పరమాణు ప్రపంచంలో, మనకు తెలిసినంతవరకు, రోజువారీ జీవితంలో మరియు మన చుట్టూ ఉన్న విశాల విశ్వంలో మూడు ముఖ్యమైన పరిరక్షణ చట్టాలు ఉన్నాయి.

వీటిలో మొమెంటం పరిరక్షణ, కోణీయ మొమెంటం పరిరక్షణ మరియు శక్తి పరిరక్షణ చట్టాలు ఉన్నాయి.

మూడు చట్టాలు ద్రవ్యరాశి మరియు వేగం మధ్య సంబంధాన్ని ఏర్పరుస్తాయి - మనకు బాగా తెలిసిన పరిమాణాలు. కానీ అణువు మరియు దానిని ఏర్పరిచే కణాలు కూడా నాల్గవ పరిరక్షణ చట్టానికి లోబడి ఉంటాయి, ఇది మనకు పూర్తిగా తెలియని దృగ్విషయానికి సంబంధించినది. క్రీస్తుపూర్వం 600 లో, గ్రీకు తత్వవేత్త థేల్స్ ఆఫ్ మిలేటస్ పరిశోధనకు ధన్యవాదాలు, తురిమిన శిలాజ రెసిన్ - అంబర్ - తేలికపాటి వస్తువులను ఆకర్షించే ఆస్తిని కలిగి ఉందని తెలిసింది. ఇప్పుడు రుద్దిన కాషాయం అందుతుందని చెప్పడం ఆనవాయితీ విద్యుత్ ఛార్జ్లేదా "విద్యుత్" "విద్యుత్" అనే పదం గ్రీకు ఎలెక్ట్రాన్ - అంబర్ నుండి వచ్చింది.

1773లో, ఫ్రెంచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త చార్లెస్ ఫ్రాంకోయిస్ డుఫే రెండు రకాల విద్యుత్ ఛార్జ్ ఉనికిని ప్రదర్శించాడు, ఒకటి రుద్దిన అంబర్‌పై మరియు మరొకటి రుద్దబడిన గాజుపై కనుగొనబడింది. ఈ రెండు విద్యుత్ ఛార్జీల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని క్రింది ప్రయోగం నుండి చూడవచ్చు.

రెండు చిన్న కార్క్ ముక్కలను సిల్క్ దారాలపై పక్కపక్కనే వేలాడదీద్దాం. విద్యుత్ చార్జ్ చేయబడిన కాషాయం ముక్కతో వాటిలో ప్రతి ఒక్కటి తాకాలి, మరియు విద్యుత్ చార్జ్లో కొంత భాగం కార్క్ ముక్కలోకి ప్రవహిస్తుంది. అవి సస్పెండ్ చేయబడిన సిల్క్ థ్రెడ్‌లు ఇకపై నిలువుగా వేలాడదీయవు, కానీ ఒక కోణంలో వంగి ఉంటాయి. ఇప్పుడు ప్లగ్‌లు ఛార్జ్ స్వీకరించడానికి ముందు ఉన్నదానికంటే ఒకదానికొకటి దూరంగా ఉన్నాయి. రెండు కార్క్ ముక్కలను విద్యుత్ చార్జ్ చేయబడిన గాజు ముక్కలతో తాకినట్లయితే అదే జరుగుతుంది.

అయితే, కార్క్ ముక్కను చార్జ్డ్ కాషాయంతో మరియు మరొకటి గాజుతో తాకినట్లయితే, రెండు ముక్కలు ఒకదానికొకటి ఆకర్షించబడతాయి. డు ఫే రెండు రకాల విద్యుత్ ఛార్జ్ ఉనికిని ప్రతిపాదించడానికి దారితీసిన వ్యత్యాసం ఇది. ఒక సాధారణీకరణ ఉద్భవించింది: విద్యుత్ ఛార్జీలు తిప్పికొట్టడం వంటివి, విద్యుత్ చార్జీలు ఆకర్షిస్తాయి.

18వ శతాబ్దానికి చెందిన నలభైలలో, అమెరికాకు చెందిన బెంజమిన్ ఫ్రాంక్లిన్ అనే విశాల దృక్పథం గల వ్యక్తి విద్యుత్‌తో ప్రయోగాలు చేయడం ప్రారంభించాడు. ఒక రకమైన ఛార్జ్‌ని మోస్తున్న శరీరాన్ని మరొక గుర్తుకు సమానమైన ఛార్జ్‌ని కలిగి ఉన్న శరీరం తాకినట్లయితే, ఛార్జీలు ఒకదానికొకటి తటస్థీకరిస్తాయి మరియు రెండు శరీరాలు విద్యుచ్ఛక్తి లేకుండా మారడం గమనించాడు. విద్యుత్ ద్రవం సమృద్ధిగా ఉన్న చోట నుండి కొరత ఉన్న చోటికి ప్రవహించినట్లుగా ఉంది. ఫలితంగా రెండు చోట్లా కొంత సగటు స్థాయి ఏర్పడింది.

ఎలక్ట్రికల్ ద్రవం అధికంగా ఉన్న శరీరం మోసుకెళ్తుందని ఫ్రాంక్లిన్ నమ్మాడు సానుకూల విద్యుత్ ఛార్జ్మరియు శరీరం, అది లేకపోవడం, ఎలుగుబంట్లు ప్రతికూల విద్యుత్ ఛార్జ్.ఏ శరీరంలో అధికంగా ఉందో, ఏ లోపం ఉంటుందో అతను చెప్పలేకపోయాడు, కాబట్టి అతను ఏకపక్షంగా రుద్దని గాజును పాజిటివ్‌గా, రుద్దిన కాషాయం ప్రతికూలంగా తీసుకున్నాడు. అప్పటి నుండి ఈ హోదాలు అనుసరించబడుతున్నాయి.

ఎలక్ట్రికల్ చార్జ్డ్ బాడీల ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేసిన తరువాతి తరాల భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఈ నిర్ధారణకు వచ్చారు. క్లోజ్డ్ సిస్టమ్ యొక్క మొత్తం విద్యుత్ ఛార్జ్ స్థిరంగా ఉంటుంది.

నిజానికి, కాషాయం రుద్దినప్పుడు, విద్యుత్ ఛార్జ్ ఏమీ నుండి ఉత్పన్నం కాదు. అంబర్‌ను చేతితో రుద్దినట్లయితే, అంబర్ అందుకున్న ప్రతికూల విద్యుత్ ఛార్జ్ చేతికి అందిన అదే సానుకూల చార్జ్ ద్వారా భర్తీ చేయబడుతుంది. ఈ రెండు ఛార్జీల మొత్తం సున్నా. చేతి నుండి విద్యుత్ ఛార్జ్ భూమిలోకి వెళ్లి మొత్తం భూ ఉపరితలంపై వ్యాపించినప్పుడు, అది అదృశ్యమైనట్లు అనిపిస్తుంది. అంబర్పై "కనిపిస్తున్న" ఛార్జ్ యొక్క భ్రాంతి సృష్టించబడుతుంది. సానుకూల మరియు ప్రతికూల ప్రేరణలతో లేదా సవ్యదిశలో మరియు అపసవ్య దిశలో కోణీయ మొమెంటంతో మేము ఇప్పటికే సారూప్య కేసులను పరిగణించాము. కాబట్టి, మేము నాల్గవ పరిరక్షణ చట్టాన్ని రూపొందించవచ్చు: విద్యుత్ ఛార్జ్ యొక్క పరిరక్షణ.

అణు ప్రతిచర్యలు మరియు విద్యుత్ ఛార్జ్

1990వ దశకంలో భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు పరమాణువు యొక్క నిర్మాణాన్ని మరింత స్పష్టంగా అర్థం చేసుకోవడం ప్రారంభించడంతో, దానిలో కనీసం కొన్ని భాగాలు విద్యుత్ చార్జ్‌ను కలిగి ఉన్నాయని వారు కనుగొన్నారు. ఉదాహరణకు, పరమాణువు యొక్క బయటి ప్రాంతాలను నింపే ఎలక్ట్రాన్లు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడతాయి, అయితే అణువు మధ్యలో ఉన్న కేంద్రకం సానుకూల విద్యుత్ చార్జ్‌ను కలిగి ఉంటుంది. వాస్తవానికి, ఈ ఛార్జీల పరిమాణం గురించి వెంటనే ప్రశ్న తలెత్తింది; సమాధానం ఇచ్చే ముందు, కొన్ని యూనిట్ల ఛార్జ్‌లను పరిశీలిద్దాం.

సాధారణంగా ఆమోదించబడిన విద్యుత్ ఛార్జ్ యూనిట్ లాకెట్టు(ఫ్రెంచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త చార్లెస్ అగస్టిన్ కూలంబ్ పేరు పెట్టారు, అతను 1785లో ఇతర ఛార్జీల ద్వారా ఆకర్షణ మరియు వికర్షణ శక్తిని కొలవడం ద్వారా విద్యుత్ ఛార్జ్ యొక్క పరిమాణాన్ని నిర్ణయించాడు). 60-వాట్ లైట్ బల్బ్‌లో, ప్రతి రెండు సెకన్లకు ఒక కూలంబ్ యొక్క విద్యుత్ ఛార్జ్ ఫిలమెంట్‌పై ఏదైనా పాయింట్ గుండా వెళుతుంది. చాలా తక్కువ ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ఛార్జ్ యూనిట్. ఒక కూలంబ్ 3·10 9 ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ యూనిట్లకు సమానం.

కానీ ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ యూనిట్ కూడా ఒకే ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఛార్జ్‌ను కొలవడానికి చాలా పెద్దది. ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఛార్జ్‌ను మొదటిసారిగా 1911లో అమెరికన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త రాబర్ట్ ఆండ్రూస్ మిల్లికాన్ తగినంత ఖచ్చితత్వంతో కొలుస్తారు. ఇది ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ యూనిట్‌లో దాదాపు అర బిలియన్‌ వంతుకు సమానమని తేలింది. ఇటీవలి కొలతల ప్రకారం, ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఛార్జ్ 4.80298·10 -10 ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ యూనిట్లు. అటువంటి అసౌకర్య భిన్నాన్ని ఉపయోగించకుండా ఉండటానికి, మేము ఎలక్ట్రాన్ యొక్క విద్యుత్ ఛార్జ్ని -1కి సమానంగా తీసుకున్నాము, ఇక్కడ మైనస్ సంకేతం అంటే ప్రతికూల ఛార్జ్. ఏదైనా ఎలక్ట్రాన్, అది విద్యుత్ ప్రవాహంలో పాల్గొన్నా లేదా ఏదైనా మూలకం యొక్క పరమాణువుకు చెందినదైనా, మన అత్యంత సున్నితమైన సాధనాల ఖచ్చితత్వంతో సంబంధం లేకుండా ఖచ్చితంగా -1కి సమానమైన ఛార్జ్ కలిగి ఉంటుంది.

సరళమైన పరమాణు కేంద్రకం, అంటే హైడ్రోజన్ పరమాణువు యొక్క కేంద్రకం, +1 యొక్క విద్యుత్ చార్జ్‌ని కలిగి ఉంటుంది. అత్యంత సున్నితమైన సాధనాలు నిర్ధారించగలిగినంత వరకు, హైడ్రోజన్ న్యూక్లియస్ యొక్క ధనాత్మక చార్జ్ ఎలక్ట్రాన్ యొక్క నెగటివ్ చార్జ్‌కి సరిగ్గా సమానంగా ఉంటుంది (అయితే, వాస్తవానికి, సంకేతంలో వ్యతిరేకం). భారీ పరమాణు కేంద్రకాలు పెద్ద ధనాత్మక చార్జీలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి తప్పనిసరిగా పూర్ణాంకం వలె వ్యక్తీకరించబడతాయి. ఇప్పటివరకు, కనీసం, సానుకూల లేదా ప్రతికూలమైన పాక్షిక ఛార్జ్ కనుగొనబడలేదు.

ప్రతి మూలకం యొక్క పరమాణువులు ఇతర మూలకాల పరమాణువుల ఛార్జ్ నుండి భిన్నమైన అణు ఛార్జ్ కలిగి ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, అన్ని హైడ్రోజన్ పరమాణువులు న్యూక్లియర్ ఛార్జ్ +1, అన్ని హీలియం అణువులు +2, అన్ని కార్బన్ అణువులు +6, అన్ని యురేనియం అణువులు +92. ఈ అణు ఛార్జ్ అంటారు పరమాణు సంఖ్య.

ఐసోటోపులు ద్రవ్యరాశి సంఖ్యలలో ఒకదానికొకటి భిన్నంగా ఉంటాయి, అయినప్పటికీ అవి పరమాణు సంఖ్యలో ఒకేలా ఉంటాయి మరియు ఒకే మూలకం యొక్క పరమాణువులు. అణు ఛార్జ్ +1 మరియు ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 1 మరియు +1 యొక్క అణు ఛార్జ్ మరియు 2 ద్రవ్యరాశి సంఖ్యతో అణువులు రెండూ ఉన్నాయి. రెండు రకాలు హైడ్రోజన్ అణువులు. వాటిని హైడ్రోజన్-1 లేదా హైడ్రోజన్-2, లేదా 1 H 1 మరియు 1 H 2 అని పిలుస్తారు, ఇక్కడ ఎగువ కుడి వైపున ఉన్న సూచిక ద్రవ్యరాశి సంఖ్య, దిగువ ఎడమ వైపున ఉన్న సూచిక పరమాణు సంఖ్య. అదే విధంగా, యురేనియం యొక్క రెండు ఐసోటోప్‌లు 92 U 238 మరియు 92 U 235 అని వ్రాయబడ్డాయి.

యురేనియం యొక్క రెండు ఐసోటోపులు రేడియోధార్మికత కలిగి ఉంటాయి. ప్రతి ఒక్కటి క్షీణించి, ఒక కణాన్ని విడుదల చేస్తుంది మరియు థోరియం అణువుగా మారుతుంది. థోరియం యొక్క పరమాణు సంఖ్య 90, మరియు హీలియం పరమాణువు యొక్క కేంద్రకం అయిన a?-కణంలో పరమాణు సంఖ్య 2 ఉంటుంది. అప్పుడు మనం ఇలా వ్రాయవచ్చు:

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

ప్రారంభ పరమాణు కేంద్రకం +92 ఛార్జ్‌ని కలిగి ఉంది మరియు రెండు చివరి కేంద్రకాలు +90 మరియు +2 ఛార్జ్‌ను కలిగి ఉన్నాయి, అంటే మొత్తం +92. ఇది సాధారణ నియమం యొక్క ప్రత్యేక సందర్భం. అణువు సంఖ్యతో అణువు X,ఒక?-కణాన్ని విడుదల చేసిన తరువాత, ఇది ఎల్లప్పుడూ పరమాణు సంఖ్యతో మరొక అణువుగా మారుతుంది X-2. ఎటువంటి మినహాయింపులు ఎప్పుడూ గమనించబడలేదు. పర్యవసానంగా, ఒక ?-కణం యొక్క రేడియేషన్ విషయంలో, విద్యుత్ ఛార్జ్ పరిరక్షణ చట్టం సంతృప్తి చెందుతుంది.

అణు కేంద్రకం ద్వారా కణాల ఉద్గారానికి విద్యుత్ చార్జ్ పరిరక్షణ చట్టం వర్తిస్తుందా? ఈ కణం ఒక ఎలక్ట్రాన్, ఇది సూచించబడుతుంది ఇ-1, ఎలక్ట్రాన్కు -1 ఛార్జ్ ఉంటుంది కాబట్టి.

యురేనియం క్షయం సమయంలో ఏర్పడిన థోరియం ఐసోటోపుల ప్రవర్తనను మనం తదుపరి పరిశీలిద్దాం. అవి ప్రకృతిలో చాలా సాధారణం కాదు ఎందుకంటే అవి త్వరగా క్షీణిస్తాయి. ఈ సందర్భంలో, ఒక ?-కణం విడుదల చేయబడుతుంది మరియు ప్రొటాక్టినియం మూలకం యొక్క ఐసోటోప్ ఏర్పడుతుంది, ఇది పరమాణు సంఖ్య 91ని కలిగి ఉంటుంది మరియు Ra అనే గుర్తుతో సూచించబడుతుంది. విద్యుత్ ఛార్జ్పై దృష్టి పెట్టడం ద్వారా, మేము వ్రాయవచ్చు

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

మళ్ళీ మేము విద్యుత్ ఛార్జీల పరిరక్షణను గమనిస్తాము.

పరమాణు సంఖ్యతో పరమాణువు X,ఒక?-కణాన్ని విడుదల చేసిన తరువాత, ఇది ఎల్లప్పుడూ పరమాణు సంఖ్యతో మరొక అణువుగా మారుతుంది x+1.ఈ నియమానికి మినహాయింపులు కూడా గమనించబడలేదు. దీని అర్థం విద్యుత్ ఛార్జ్ యొక్క పరిరక్షణ చట్టం ఒక కణం యొక్క రేడియేషన్‌కు కూడా చెల్లుతుంది.

ఉద్గార ప్రక్రియలో ?-కిరణాలు ఉద్గారించే అణువు దాని పరమాణు సంఖ్యను మార్చదు, ఎందుకంటే ?-కిరణాల ఫోటాన్ చార్జ్‌ను కలిగి ఉండదు.

సంక్షిప్తంగా, ఏదైనా అణు ప్రతిచర్యలో విద్యుత్ ఛార్జ్ పరిరక్షణ చట్టం సంతృప్తి చెందిందని తేలింది.

కోర్ నిర్మాణం

ఒక కణం యొక్క రేడియేషన్ యొక్క ప్రశ్న చివరకు స్పష్టం చేయబడినట్లు అనిపించినప్పటికీ, విద్యుత్ చార్జ్ పరిరక్షణ చట్టం నెరవేరినందున, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు తమ పరిశోధనను కొనసాగించారు. ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన న్యూక్లియస్ ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన కణాన్ని ఎలా విడుదల చేస్తుందో వారికి మిస్టరీగా మిగిలిపోయింది.

పరమాణు కేంద్రకం ?- మరియు ?-కణాలను విడుదల చేస్తుందనే సాధారణ వాస్తవం న్యూక్లియస్ ఇంకా చిన్న భాగాలను కలిగి ఉందని మరియు వాటిలో కనీసం ఒకదైనా సానుకూల విద్యుత్ చార్జ్‌ని కలిగి ఉండాలని సూచిస్తుంది.

ఎలక్ట్రాన్ కనుగొనబడిన దాదాపు పదేళ్ల పాటు, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్ మాదిరిగానే ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన కణం కోసం వెతుకుతున్నారు. కానీ అన్వేషణ ఫలించలేదు. కనుగొనబడిన అతి చిన్న ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన కణం హైడ్రోజన్-1 న్యూక్లియస్‌గా మారింది మరియు దానిని 1 H 1గా నియమించారు. దాని ఎలెక్ట్రిక్ చార్జ్ చాలా తక్కువగా ఉంది, అంటే, ఇది ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఛార్జ్కి సరిగ్గా సమానంగా ఉంటుంది, కానీ వ్యతిరేక గుర్తును కలిగి ఉంది. అయితే, ఈ కణం యొక్క ద్రవ్యరాశి ఎలక్ట్రాన్ ద్రవ్యరాశి కంటే 1836.11 రెట్లు ఎక్కువ.

1914 నాటికి, రూథర్‌ఫోర్డ్ హైడ్రోజన్ న్యూక్లియస్ అన్ని పరమాణు కేంద్రకాలలో కనిపించే తేలికైన ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన కణమని నమ్మాడు. కానీ అది ఎందుకు ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్ కంటే చాలా బరువుగా ఉందో (రెండు కణాలకు వ్యతిరేక సంకేతం యొక్క ఒకే విధమైన ఛార్జీలు ఉన్నప్పటికీ) అతను వివరించలేకపోయాడు. మరియు ఎవరూ చేయలేరు, అప్పుడు లేదా ఇప్పుడు కాదు. ఇది నేటికీ అణు భౌతిక శాస్త్రంలో పరిష్కరించని సమస్యల్లో ఒకటిగా మిగిలిపోయింది.

1920లో, రూథర్‌ఫోర్డ్ గ్రీకు పదం ప్రోటోస్ నుండి ఈ ధనాత్మక చార్జ్ ఉన్న కణాన్ని ప్రోటాన్ అని పిలవాలని ప్రతిపాదించాడు - మొదట, దాని పెద్ద ద్రవ్యరాశి కారణంగా ఇది సబ్‌టామిక్ కణాలలో మొదటిది, అంటే చాలా ముఖ్యమైనది. పరమాణు స్కేల్‌పై ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశి 1.00797, మరియు చాలా సందర్భాలలో అది ఎక్కువ లోపం లేకుండా ఏకత్వంగా తీసుకోబడుతుంది.

హైడ్రోజన్-1 కేంద్రకం ఒక ప్రోటాన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. అన్ని ఇతర న్యూక్లియైలు రెండు లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ప్రోటాన్‌లను కలిగి ఉండాలని అనిపించింది, అయితే పరమాణు కేంద్రకాలు (హైడ్రోజన్-1 కాదు, కానీ ఇతరులు) ప్రోటాన్‌లను మాత్రమే కలిగి ఉండవని త్వరలోనే స్పష్టమైంది. ఒక ప్రోటాన్ విద్యుత్ చార్జ్ +1 మరియు ద్రవ్యరాశి సంఖ్య దాదాపు ఒకదానికి సమానంగా ఉంటుంది మరియు న్యూక్లియైలు ప్రోటాన్‌లతో మాత్రమే రూపొందించబడితే, వాటి పరమాణు సంఖ్య పరమాణు సంఖ్యకు సమానంగా ఉండాలి. అయితే ఇది హైడ్రోజన్-1కి మాత్రమే వర్తిస్తుంది. ఇతర కేంద్రకాల ద్రవ్యరాశి సంఖ్యలు వాటి పరమాణు సంఖ్యల కంటే ఎక్కువగా ఉంటాయి.

ఉదాహరణకు, ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 14 ఉన్న నైట్రోజన్ న్యూక్లియస్‌ను పరిగణించండి. అది కేవలం ప్రోటాన్‌ను కలిగి ఉన్నట్లయితే, దాని ఎలెక్ట్రిక్ చార్జ్ +14 అవుతుంది మరియు అందువల్ల, పరమాణు సంఖ్య కూడా 14 అవుతుంది. వాస్తవానికి, విద్యుత్ చార్జ్ నైట్రోజన్ న్యూక్లియస్ +7 మరియు న్యూక్లియస్ 7 N 14గా పేర్కొనవచ్చు. మిగిలిన ఏడు యూనిట్ల ఛార్జ్ ఏమవుతుంది?

మొదట, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు న్యూక్లియస్‌లోని ఎలక్ట్రాన్ల సమక్షంలో సమాధానం ఉందని భావించారు. నైట్రోజన్ న్యూక్లియస్‌లో 14 ప్రోటాన్‌లు మరియు 7 ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉంటే, ఏడు ఎలక్ట్రాన్‌ల మొత్తం ద్రవ్యరాశి విస్మరించబడేంత చిన్నదిగా ఉంటుంది, అయితే ఎలక్ట్రాన్‌లు సగం ధనాత్మక చార్జీలను భర్తీ చేస్తాయి. ఒక సైడ్ ఎఫెక్ట్‌గా, న్యూక్లియర్ ఎలక్ట్రాన్‌ల ఉనికి న్యూక్లియస్?-పార్టికల్స్ రూపంలో ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేసే సామర్థ్యాన్ని కూడా ప్రభావితం చేస్తుంది. న్యూక్లియస్ నిర్మాణం యొక్క ఈ నమూనా కణాల స్పిన్ ప్రశ్నలో విఫలమైంది.

చార్జ్డ్ కణాలు కదిలినప్పుడు, అయస్కాంత క్షేత్రం ఏర్పడుతుందని తెలుసు. 1928లో, ఆంగ్ల భౌతిక శాస్త్రవేత్త పాల్ డిరాక్, చార్జ్డ్ కణాలు విశ్రాంతిగా కనిపించినప్పుడు కూడా కదులుతాయని నిర్ధారణకు వచ్చారు. అటువంటి కణాలు వాటి అక్షం చుట్టూ తిరుగుతాయని భావించడం ఉత్తమం, అనగా అవి ఒక నిర్దిష్ట కోణీయ మొమెంటం కలిగి ఉంటాయి. ఒక కణం తిరుగుతున్నట్లయితే, అది నిర్దిష్ట భాగాలు లేదా క్వాంటాలో శోషించబడే శక్తిని కలిగి ఉండాలి. ఇది అన్ని తిరిగే శరీరాలకు (భూమి వంటి గ్రహాలకు కూడా) వర్తిస్తుంది. అయితే భూమి యొక్క మొత్తం భ్రమణ శక్తితో పోలిస్తే క్వాంటం యొక్క పరిమాణం చాలా చిన్నది, భూమి ఒక క్వాంటం లేదా ఒక ట్రిలియన్ క్వాంటా భ్రమణ శక్తిని పొందినట్లయితే, ఎవరూ ఏమీ గమనించలేరు. అయితే సబ్‌టామిక్ కణం అటువంటి శక్తిని పొందినట్లయితే, దాని భ్రమణం గమనించదగ్గ విధంగా మారుతుంది, ఎందుకంటే సబ్‌టామిక్ కణానికి క్వాంటం చాలా పెద్దది. కణం యొక్క భ్రమణాన్ని ఏ కొలతల ద్వారా గుర్తించడం సాధ్యం కాదు, కానీ కణాల స్పిన్ యొక్క విలువలు శక్తి క్వాంటా యొక్క పూర్ణాంక సంఖ్యకు మాత్రమే అనుగుణంగా ఉన్నాయని చూపవచ్చు. తిరిగే కణం యొక్క కోణీయ మొమెంటం యొక్క పరిమాణం చాలా చిన్నది. అందువల్ల, ఒక ప్రత్యేక స్కేల్ కనుగొనబడింది, దీని ప్రకారం ఫోటాన్ స్పిన్ ఐక్యతకు సమానంగా తీసుకోబడింది; ఈ స్కేల్‌లో, ప్రోటాన్ మరియు ఎలక్ట్రాన్ ఒక్కొక్కటి 1/2 స్పిన్‌ను కలిగి ఉంటాయి. కోణీయ మొమెంటం సవ్యదిశలో లేదా అపసవ్య దిశలో నిర్దేశించబడుతుంది. ప్రోటాన్ లేదా ఎలక్ట్రాన్ ఒక దిశలో లేదా మరొక దిశలో తిరుగుతుంది మరియు అందువల్ల, దాని స్పిన్ +1/2 లేదా -1/2.

అటువంటి అనేక కణాలను కలిగి ఉన్న వ్యవస్థను పరిశీలిద్దాం. కోణీయ మొమెంటం యొక్క పరిరక్షణ చట్టం చెల్లుబాటు అయినట్లయితే, సిస్టమ్ యొక్క మొత్తం స్పిన్ వ్యక్తిగత కణాల స్పిన్‌ల మొత్తానికి సమానంగా ఉండాలి. వ్యవస్థ నాలుగు కణాలను కలిగి ఉండనివ్వండి - ప్రోటాన్లు లేదా ఎలక్ట్రాన్లు లేదా రెండూ. ప్రతి కణానికి +1/2 లేదా -1/2 స్పిన్ ఉంటే, మొత్తం స్పిన్ సున్నా లేదా పూర్ణాంకం విలువ. + 1/2 లేదా -1/2 యొక్క స్పిన్‌ను కలిగి ఉండే సరి సంఖ్య కణాలను కలిగి ఉన్న ఏదైనా సిస్టమ్ యొక్క మొత్తం స్పిన్ ఎల్లప్పుడూ సున్నా లేదా పూర్ణాంకం.

సిస్టమ్ బేసి సంఖ్యలో కణాలను కలిగి ఉంటే, వాటిలో ప్రతి ఒక్కటి +1/2 లేదా -1/2 స్పిన్‌ను కలిగి ఉంటే, మొత్తం స్పిన్ ఎప్పుడూ పూర్ణాంకం లేదా సున్నాకి సమానంగా ఉండదు, కానీ సగం పూర్ణాంక విలువలను మాత్రమే తీసుకుంటుంది.

కాబట్టి, పరమాణు కేంద్రకం ప్రోటాన్లు మరియు ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉంటే, న్యూక్లియస్ యొక్క మొత్తం స్పిన్ (న్యూక్లియర్ స్పిన్) మొత్తం కణాల సంఖ్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అప్పుడు, నైట్రోజన్ న్యూక్లియస్ 7 N 14 వాస్తవానికి 14 ప్రోటాన్‌లు మరియు 7 ఎలక్ట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటే, మొత్తం కణాల సంఖ్య 21, అంటే బేసి, మరియు నైట్రోజన్-14 యొక్క న్యూక్లియర్ స్పిన్ 1/2కి సమానంగా ఉండాలి.

1929లో చేసిన ప్రయోగాలు అది పూర్ణాంకానికి సమానమని తేలింది.

ఈ వైరుధ్యం కొన్ని ఇతర కేంద్రకాలకి కూడా కనుగొనబడింది. న్యూక్లియైలు ప్రోటాన్లు మరియు ఎలక్ట్రాన్లు రెండింటినీ కలిగి ఉన్నట్లయితే, వాటిలో కొన్ని కోణీయ మొమెంటం యొక్క పరిరక్షణ నియమాన్ని ఉల్లంఘిస్తాయని చాలా స్పష్టమైంది. భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు చట్టాన్ని నివారించడానికి ఒక మార్గం ఉంటే దానిని విడిచిపెట్టడానికి నిజంగా ఇష్టపడరు, కాబట్టి వారు కేంద్రకం యొక్క నిర్మాణం కోసం కొన్ని ఇతర వివరణల కోసం వెతకడానికి పరుగెత్తారు.

న్యూక్లియస్‌లో ప్రోటాన్-ఎలక్ట్రాన్ జతకి బదులుగా, ఛార్జ్ చేయని ఒక కణం ఉందని మనం అనుకుందాం. ప్రోటాన్-ఎలక్ట్రాన్ జత యొక్క మొత్తం విద్యుత్ ఛార్జ్ సున్నా మరియు వాటిని భర్తీ చేసే కణం యొక్క ఛార్జ్ కూడా సున్నా అయినందున దాని ఉనికి విద్యుత్ ఛార్జ్ యొక్క పరిరక్షణ చట్టాన్ని ప్రభావితం చేయదు.

వ్యత్యాసం కోణీయ మొమెంటంలో ఉంటుంది. ప్రోటాన్ మరియు ఎలక్ట్రాన్ ప్రతి ఒక్కటి +1/2 లేదా -1/2 స్పిన్‌లను కలిగి ఉంటే, మొత్తం స్పిన్ +1, 0 లేదా -1 అవుతుంది. ఛార్జ్ చేయని కణం +1/2 లేదా -1/2 స్పిన్‌ను కలిగి ఉంటుంది. నైట్రోజన్-14 న్యూక్లియస్ తప్పనిసరిగా ప్రోటాన్లు మరియు ఛార్జ్ చేయని కణాలను కలిగి ఉండాలి.

తటస్థ కణం యొక్క ద్రవ్యరాశి ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశికి సమానంగా ఉంటే, ద్రవ్యరాశి సంఖ్య 14 అయి ఉండాలి మరియు పరమాణు సంఖ్య (ప్రోటాన్‌ల వల్ల మాత్రమే, అవి సానుకూల చార్జ్‌తో మాత్రమే ఉంటాయి కాబట్టి) ఏడు ఉండాలి, అనగా అది ఐసోటోప్ 7 N 14 అవుతుంది. న్యూక్లియస్‌లోని మొత్తం కణాల సంఖ్య మాత్రమే 14 అవుతుంది, అంటే బేసి 21కి బదులుగా సరి సంఖ్య. కానీ సరిసంఖ్యలో ఉండే కణాలతో, ప్రతి ఒక్కటి 1/2 స్పిన్‌ను కలిగి ఉంటే, నైట్రోజన్ న్యూక్లియస్ యొక్క స్పిన్ తప్పనిసరిగా ఉండాలి. పూర్ణాంకం. అందువలన, కోణీయ మొమెంటం యొక్క పరిరక్షణ చట్టం సేవ్ చేయబడుతుంది.

ఛార్జ్ చేయని ఈ కణాన్ని కనుగొనడంలో ఇబ్బంది ఉంది.

సబ్‌టామిక్ కణాలను గుర్తించే పద్ధతులు అవి ఢీకొన్న అణువుల నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లను కొట్టి, వాటిని అయాన్‌లుగా మార్చగల సామర్థ్యంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. తరువాతి కణాలను అధ్యయనం చేయడానికి భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఉపయోగించే వివిధ సాధనాల ద్వారా రికార్డ్ చేయబడింది.

అయాన్లు ఏ రకమైన ఛార్జ్‌ను మోసుకెళ్లే కణాల ద్వారా ఏర్పడతాయి.ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన కణం ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్‌లను తిప్పికొడుతుంది మరియు వాటిని సమీపంలో ఎగురుతున్న అణువు నుండి పడవేస్తుంది. ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన కణం ఎలక్ట్రాన్‌లను ఆకర్షిస్తుంది, వాటికి దగ్గరగా ఉన్న అణువుల నుండి వాటిని తొలగిస్తుంది. ఛార్జ్ చేయని కణం ఎలక్ట్రాన్‌లతో సంకర్షణ చెందదు, అంటే అది అయాన్‌లను ఏర్పరచదు మరియు అందువల్ల నేరుగా గుర్తించబడదు. అయితే, సాధారణంగా కనిపించని వస్తువులను గుర్తించడానికి పరోక్ష పద్ధతులు ఉన్నాయి. కిటికీలోంచి చూస్తే చెట్లు కనిపిస్తున్నా గాలి మాత్రం కనిపించదు. అయితే, చెట్లపై ఉన్న ఆకులు ఊగుతున్నట్లు మీరు గమనించినట్లయితే, మీరు చూడలేని కొన్ని ద్రవ్యరాశి కదలికల కారణంగా అది శక్తిని పొందుతుందని మీరు సరిగ్గా ఊహించవచ్చు. కదిలే ఆకుల ప్రవర్తనను జాగ్రత్తగా అధ్యయనం చేయడం ద్వారా, మీరు గాలిని చూడకుండానే దాని లక్షణాల గురించి చాలా తెలుసుకోవచ్చు.

1930 నుండి, శాస్త్రవేత్తలు కొన్ని మూలకాలతో బాంబు దాడి చేసినప్పుడు?-కణాలతో, రేడియేషన్ ఉత్పత్తి చేయబడుతుందని గమనించడం ప్రారంభించారు, అది సాంప్రదాయ పద్ధతుల ద్వారా గుర్తించబడదు. అటువంటి రేడియేషన్ మార్గంలో పారాఫిన్ ఉంచినట్లయితే, దాని నుండి ప్రోటాన్లు విడుదలయ్యాయి. ఏదో ప్రోటాన్లు ఊపందుకున్నాయి. బదిలీ చేయబడిన మొమెంటం ముఖ్యమైనది, కాబట్టి, రేడియేషన్ చాలా భారీ లేదా చాలా వేగవంతమైన కణాలను కలిగి ఉండాలి మరియు బహుశా భారీ మరియు వేగవంతమైన రెండింటినీ కలిగి ఉండాలి. ఆంగ్ల భౌతిక శాస్త్రవేత్త జేమ్స్ చాడ్విక్ పొందిన డేటాను సరిగ్గా అర్థం చేసుకోగలిగాడు మరియు 1932లో దీర్ఘకాలంగా అనుమానించబడిన తటస్థ కణాన్ని కనుగొన్నట్లు ప్రకటించాడు. దానిని న్యూట్రాన్ అని పిలిచేవారు. ఒక న్యూట్రాన్ ఒక ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశి కంటే కొంచెం పెద్ద ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటుంది; ఇది ప్రస్తుతం 1.008655గా భావించబడుతుంది. న్యూట్రాన్ సున్నా విద్యుత్ ఛార్జ్ మరియు +1/2 లేదా -1/2 యొక్క స్పిన్‌ను కలిగి ఉంటుంది, అంటే, కోణీయ మొమెంటం యొక్క పరిరక్షణ నియమాన్ని సేవ్ చేయడానికి అవసరమైన లక్షణాలు ఖచ్చితంగా ఉంటాయి.

జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త వెర్నర్ కార్ల్ హైసెన్‌బర్గ్ వెంటనే న్యూక్లియస్‌లో ప్రోటాన్‌లు మరియు న్యూట్రాన్‌లు ఉంటాయి, అంటే పైన పేర్కొన్న రెండు రకాల న్యూక్లియోన్‌లు ఉన్నాయని భావించారు.

ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్ల ద్రవ్యరాశి సంఖ్యలు సుమారుగా ఒకటి కాబట్టి, ఏదైనా కేంద్రకం యొక్క ద్రవ్యరాశి సంఖ్య అది కలిగి ఉన్న న్యూక్లియోన్ల సంఖ్యకు సమానం. న్యూక్లియస్ యొక్క విద్యుత్ చార్జ్‌ను సూచించే పరమాణు సంఖ్య, ప్రోటాన్‌ల సంఖ్యకు సమానం, ఎందుకంటే ప్రోటాన్‌లు మాత్రమే విద్యుత్ చార్జ్‌ను కలిగి ఉంటాయి. 2 He 4 న్యూక్లియస్‌లో 2 ప్రోటాన్‌లు మరియు 2 న్యూట్రాన్‌లు ఉంటాయి (అనగా నాలుగు న్యూక్లియాన్‌లు), 8 O 16 ఎనిమిది ప్రోటాన్‌లు మరియు ఎనిమిది న్యూట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది (అంటే 16 న్యూక్లియాన్‌లు), 90 వ 232లో 90 ప్రోటాన్‌లు మరియు 142 న్యూట్రాన్‌లు ఉంటాయి. 232 న్యూక్లియోన్లు).

ఏదైనా మూలకం యొక్క అన్ని ఐసోటోప్‌లు ఒకే పరమాణు సంఖ్యను కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి అవన్నీ వాటి కేంద్రకాలలో ఒకే రకమైన ప్రోటాన్‌లను కలిగి ఉండాలి. అవి వేర్వేరు ద్రవ్యరాశి సంఖ్యలను కలిగి ఉంటాయి, కాబట్టి అవి వేర్వేరు న్యూక్లియాన్‌లను కలిగి ఉండాలి. ఈ వ్యత్యాసం న్యూట్రాన్ల సంఖ్యలో వ్యత్యాసం కారణంగా మాత్రమే పుడుతుంది. ఈ విధంగా, రెండు కార్బన్ ఐసోటోపుల న్యూక్లియైలు, 6 C 12 మరియు 6 C 13, మొదటి సందర్భంలో 6 ప్రోటాన్లు మరియు 6 న్యూట్రాన్లు మరియు రెండవ సందర్భంలో 6 ప్రోటాన్లు మరియు 7 న్యూట్రాన్లను కలిగి ఉంటాయి.

యురేనియం విషయానికొస్తే, 92 U 235 న్యూక్లియస్‌లో 92 ప్రోటాన్‌లు మరియు 143 న్యూట్రాన్‌లు ఉంటాయి, అంటే మొత్తం 235 న్యూక్లియాన్‌లు, 92 U 238 న్యూక్లియస్‌లో 92 ప్రోటాన్‌లు మరియు 146 న్యూట్రాన్‌లు ఉంటాయి, అంటే మొత్తం 238 న్యూక్లియస్.

న్యూట్రాన్ క్షయం

అన్నం. 4. రేడియేషన్?-కణాలు.

n > p ++ e - .

శాన్ డియాగోలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయం నుండి భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఉచిత న్యూట్రాన్ యొక్క జీవితకాలాన్ని నిర్ణయించడానికి "బాటిల్" మరియు "బీమ్" ప్రయోగాల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని వివరించడానికి డార్క్ మ్యాటర్‌ను ఉపయోగించాలని ప్రతిపాదించారు. దీన్ని చేయడానికి, న్యూట్రాన్ క్షీణతలలో ఒక శాతం తుది ఉత్పత్తిగా కృష్ణ పదార్థం యొక్క కణాన్ని కలిగి ఉండాలి, దీని ద్రవ్యరాశి ఆచరణాత్మకంగా ప్రోటాన్ ద్రవ్యరాశితో సమానంగా ఉంటుంది. లో ప్రచురించబడిన కథనం భౌతిక సమీక్ష లేఖలు, దాని గురించి క్లుప్తంగా నివేదిస్తుంది భౌతిక శాస్త్రం.

కట్టుబడి ఉన్న స్థితిలో (అణు కేంద్రకం లోపల), న్యూట్రాన్లు నిరవధికంగా జీవించగలవు, అయితే ఉచిత న్యూట్రాన్లు త్వరగా క్షీణిస్తాయి. నియమం ప్రకారం, అటువంటి క్షయం యొక్క ఉత్పత్తులు ప్రోటాన్, ఎలక్ట్రాన్ మరియు ఎలక్ట్రాన్ యాంటీన్యూట్రినో. n → p + ఇ − + ν ఇ* (అని పిలవబడేది), అయినప్పటికీ స్టాండర్డ్ మోడల్ మరింత అన్యదేశ ప్రక్రియలను అనుమతిస్తుంది, ఉదాహరణకు రేడియేటివ్ బీటా క్షయం లేదా హైడ్రోజన్ అణువు ఏర్పడటానికి క్షయం. అటువంటి ఛానెల్ ద్వారా క్షీణిస్తున్న ఉచిత న్యూట్రాన్ జీవితకాలం కోసం సైద్ధాంతిక అంచనాలు అక్షసంబంధ-వెక్టర్ నుండి వెక్టర్ కలపడం నిష్పత్తి యొక్క విలువపై గణనీయంగా ఆధారపడి ఉంటాయి, ఇది దాదాపు 0.2 శాతం సాపేక్ష లోపంతో కొలుస్తారు. ఇది న్యూట్రాన్ జీవితకాలాన్ని ఖచ్చితంగా అంచనా వేయడం కష్టతరం చేస్తుంది. ప్రస్తుతం, సైద్ధాంతిక గణనలు 875 నుండి 891 సెకన్లు లేదా దాదాపు 15 నిమిషాల జీవితకాలాన్ని అంచనా వేస్తున్నాయి.

మరోవైపు, న్యూట్రాన్ యొక్క జీవితకాలం నేరుగా కొలవవచ్చు మరియు ఆచరణలో సులభంగా అమలు చేయగల రెండు మార్గాల్లో. మొదటి రకం ప్రయోగంలో, శాస్త్రవేత్తలు కణాలను తక్కువ ఉష్ణోగ్రతకు చల్లబరుస్తారు, వాటిని పొడుగుచేసిన సీసా ఆకారంలో ఉన్న గురుత్వాకర్షణ ట్రాప్‌లో ఉంచారు మరియు ఉచ్చులోని న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్యను కొలుస్తారు. ఎన్సమయం మీద ఆధారపడి ఉంటుంది. ఆపై ప్రయోగాత్మకంగా కొలవబడిన ఆధారపడటాన్ని ఘాతాంక చట్టంతో పోల్చడం ఎన్~ ఎక్స్ (- t/τ), మనం లక్షణమైన న్యూట్రాన్ జీవితకాలం τ = τ బాటిల్‌ను కనుగొనవచ్చు. రెండవ రకం ప్రయోగంలో, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు న్యూట్రాన్‌ల పుంజాన్ని తీసుకుని, బీటా క్షయం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఎన్ని ప్రోటాన్‌లను కలిగి ఉందో కొలుస్తారు. ఇది క్షీణత రేటును నిర్ణయించడం సాధ్యపడుతుంది మరియు తత్ఫలితంగా, న్యూట్రాన్ జీవితకాలం τ = τ బీమ్‌తో సమానంగా ఉండే దాని లక్షణ సమయం.

సమస్య ఏమిటంటే, వివిధ పద్ధతుల ద్వారా చేసిన కొలతల ఫలితాలు దాదాపు పది సెకన్ల తేడాతో ఉంటాయి - బాటిల్ ప్రయోగాలు τ = 879.6 ± 0.6 సెకన్ల విలువను ఇస్తాయి, కిరణాలతో చేసిన ప్రయోగాలు τ = 888 ± 2 సెకన్లు అధిక విలువకు దారితీస్తాయి. అందువలన, ఈ ఫలితాల మధ్య వ్యత్యాసం 4 కి చేరుకుంటుంది. అటువంటి వ్యత్యాసానికి కారణాలు అనేక ప్రయోగాత్మక సమూహాలచే ఒకేసారి పట్టించుకోని క్రమబద్ధమైన లోపాలు కావచ్చు లేదా ప్రామాణిక నమూనాకు మించిన భౌతిక శాస్త్రాన్ని సూచించే ప్రాథమిక విధానాలు కావచ్చు.

భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు బార్టోజ్ ఫోర్నల్ మరియు బెంజమిన్ గ్రిన్‌స్టెయిన్ ఉపయోగించి వివిధ ప్రయోగాల ఫలితాల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని వివరించాలని ప్రతిపాదించారు. వాస్తవానికి, "పుంజం" పద్ధతిలో, క్షయం ఫలితంగా, వంద శాతం న్యూట్రాన్లు ప్రోటాన్లు మరియు కొన్ని ఇతర తక్కువ భారీ కణాలు (ఫోటాన్లు, న్యూట్రినోలు మరియు మొదలైనవి)గా మారుతాయని భావించబడుతుంది. ఈ క్షీణతలలో కొంత భాగం "అదృశ్య" ఛానెల్ ద్వారా సంభవిస్తే, అంటే, అది పదార్థంతో చాలా బలహీనంగా సంకర్షణ చెందే కృష్ణ పదార్థం యొక్క కణాన్ని తుది ఉత్పత్తులుగా కలిగి ఉంటే, క్షయం రేటు మరియు దాని ఆధారంగా జీవితకాలం లెక్కించబడాలి. కొద్దిగా సర్దుబాటు. స్థూలంగా చెప్పాలంటే, "అదృశ్య" ఛానెల్ సమక్షంలో, క్షయం రేటు తక్కువగా అంచనా వేయబడింది మరియు న్యూట్రాన్‌లు కొంచెం ఎక్కువ కాలం జీవిస్తున్నట్లు ప్రయోగాత్మకులకు అనిపిస్తుంది. మరింత ఖచ్చితంగా, ప్రామాణిక నమూనా కణాలు మరియు మొత్తం ప్రతిచర్యల సంఖ్యతో కూడిన ప్రతిచర్యల సంఖ్య (భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఈ నిష్పత్తిని "బ్రాంచింగ్ రేషియో" అని పిలుస్తారు) మధ్య τ బీమ్‌ను Br నిష్పత్తితో గుణించడం ద్వారా నిజమైన జీవితకాలం పునరుద్ధరించబడుతుంది. "బాటిల్" మరియు "బీమ్" ప్రయోగాల ఫలితాలను పునరుద్దరించటానికి, నిష్పత్తి Br ≈ 0.99కి సమానంగా ఉండాలి, అంటే క్షీణతలలో ఒక శాతం "అదృశ్య" ఛానెల్ ద్వారా వెళ్లాలి.

డార్క్ మేటర్ పార్టికల్స్‌తో కూడిన రెండు క్షయ మార్గాలను శాస్త్రవేత్తలు ప్రతిపాదించారు. వాటిలో ఒకటి పూర్తిగా "అదృశ్యమైనది" (తుది ఉత్పత్తులుగా చేర్చబడుతుంది మాత్రమేకృష్ణ పదార్థ కణాలు), మరియు మరొకటి పాక్షికంగా మాత్రమే “అదృశ్యం”, అంటే, భారీ కృష్ణ పదార్థ కణంతో పాటు, ఇది ప్రామాణిక నమూనా యొక్క సాపేక్షంగా తేలికపాటి కణాలను కలిగి ఉంటుంది - ఫోటాన్లు, ఎలక్ట్రాన్లు, పాజిట్రాన్లు మరియు మొదలైనవి. దురదృష్టవశాత్తు, అటువంటి ఛానెల్‌లను సిద్ధాంతంలోకి ప్రవేశపెట్టినప్పుడు, ప్రోటాన్ క్షయం సాధ్యమవుతుంది, ఇది ఆచరణలో గమనించబడదు; ఏది ఏమైనప్పటికీ, "అదృశ్య" కణం యొక్క ద్రవ్యరాశి 937.9 నుండి 939.6 మెగాఎలెక్ట్రాన్ వోల్ట్‌ల పరిధిలో ఉంటే అటువంటి క్షయం నిషేధించబడుతుందని భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు చూపించారు. అదనంగా, కణం యొక్క ద్రవ్యరాశి 938.8 మెగాఎలెక్ట్రాన్ వోల్ట్‌ల కంటే తక్కువగా ఉంటే ప్రోటాన్‌ను ఏర్పరచడానికి మరింత క్షీణించడం అసాధ్యం. ఈ పరిస్థితిలో, ఫలిత కణం యొక్క జీవితకాలం చాలా పొడవుగా ఉంటుంది, ఇది డార్క్ మేటర్ పార్టికల్ పాత్రకు మంచి అభ్యర్థిగా మారుతుంది.

"అదృశ్య" న్యూట్రాన్ కృష్ణ పదార్థ కణాలుగా క్షీణిస్తుంది

బి. ఫోర్నల్ & బి. గ్రిన్‌స్టెయిన్ / ఫిజి. రెవ. లెట్.

'పాక్షికంగా కనిపించని' న్యూట్రాన్ డార్క్ మేటర్ పార్టికల్ మరియు ఫోటాన్‌గా క్షీణించడం

బి. ఫోర్నల్ & బి. గ్రిన్‌స్టెయిన్ / ఫిజి. రెవ. లెట్.

చివరగా, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ప్రతి రెండు ఛానెల్‌లను మరింత వివరంగా అధ్యయనం చేశారు మరియు వాటిలో ఏర్పడే కణాల పారామితులను స్పష్టం చేశారు. ఉదాహరణకు, "పాక్షికంగా కనిపించని" ఛానెల్‌లో దీర్ఘకాలం జీవించే కృష్ణ పదార్థ కణాలతో పాటుగా జన్మించిన ఫోటాన్‌ల శక్తి 0.782 నుండి 1.664 మెగాఎలెక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌ల పరిధిలో ఉంటుంది మరియు ఫోటాన్‌లు ఏకవర్ణంగా ఉండాలి (అంటే వాటి శక్తి ఒకే విధంగా ఉంటుంది. అన్ని క్షీణతలలో). కణం నుండి సుదీర్ఘ జీవితకాల అవసరాన్ని తొలగించినట్లయితే, ఫోటాన్ శక్తిపై తక్కువ బంధం అదృశ్యమవుతుంది.

భౌతిక శాస్త్రవేత్తల వ్యాసం ఉన్నప్పటికీ భౌతిక సమీక్ష లేఖలుగత వారమే విడుదలైంది; ఇది జనవరి 3, 2018న ప్రిప్రింట్ వెబ్‌సైట్ arXiv.orgలో ప్రచురించబడింది. అందువల్ల, శాస్త్రవేత్తల యొక్క అనేక సమూహాలు ఇప్పటికే వారి పనిలో ఫోర్నల్ మరియు గ్రీన్‌స్టెయిన్ ఆలోచనలను వర్తింపజేయగలిగారు. ప్రత్యేకించి, అమెరికా మరియు ఫ్రాన్స్‌కు చెందిన పరిశోధకుల బృందం ఇప్పటికే న్యూట్రాన్‌ల "పాక్షికంగా కనిపించని" క్షీణత ఫలితంగా జన్మించిన ఫోటాన్‌లను గుర్తించడానికి ప్రయత్నించింది, శక్తి పరిధిని 0.782 నుండి 1.664 మెగాఎలెక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌ల వరకు స్కాన్ చేస్తుంది - అయినప్పటికీ, వారు నమోదు చేసుకోలేకపోయారు. గుర్తించదగిన సంకేతం, ఇది క్షయం సమయంలో దీర్ఘకాల కణాల డార్క్ మ్యాటర్ ఏర్పడటాన్ని మినహాయిస్తుంది. న్యూట్రాన్ నక్షత్రాల పరిణామాన్ని "అదృశ్య" క్షయం ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందో ఇతర సమూహాలు చూశాయి - అటువంటి క్షయం వాస్తవానికి సంభవించినట్లయితే, నక్షత్రాల ద్రవ్యరాశి వేగంగా తగ్గుతుందని తేలింది. ఇది ఖగోళ శాస్త్రవేత్తల పరిశీలనలకు విరుద్ధంగా ఉంది; అందువల్ల, న్యూట్రాన్ నక్షత్రాలలో "అదృశ్య" క్షీణతలను నిషేధించాలి. చివరగా, 11 బీ యొక్క క్షయం ఉత్పత్తులలో 10 బీ అణువుల యొక్క అసాధారణమైన అధిక కంటెంట్‌ను న్యూట్రాన్ క్షయం వలె అదే విధానాలను ఉపయోగించి వివరించవచ్చని మరొక శాస్త్రవేత్తల బృందం చూపించింది.

ఇప్పటివరకు, శాస్త్రవేత్తలు ప్రత్యక్ష ప్రయోగంలో కృష్ణ పదార్థ కణాలను పట్టుకోలేకపోయారు, కాబట్టి దాని ఉనికికి అనుకూలంగా ఉన్న అన్ని సాక్ష్యాలు ప్రత్యేకంగా గురుత్వాకర్షణ స్వభావం కలిగి ఉంటాయి. బదులుగా, భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు పదార్థంతో WIMPల పరస్పర చర్య కోసం క్రాస్ సెక్షన్‌పై చాలా కఠినమైన పరిమితులను ఏర్పాటు చేశారు - ఉదాహరణకు, ఈ క్రాస్ సెక్షన్ యొక్క గరిష్ట సాధ్యమైన విలువ ఇప్పుడు 10 -45 చదరపు సెంటీమీటర్ల క్రమంలో ఉంది. అయినప్పటికీ, పరిశోధకులు విజయంపై ఆశను కోల్పోరు - వారు ఇప్పటికే ఉన్న ప్రయోగాత్మక ఇన్‌స్టాలేషన్‌లు, కొత్త రకాల డిటెక్టర్‌లు, ఇతర రకాల డార్క్ మ్యాటర్ కణాల కోసం వెతుకుతారు (ఉదాహరణకు, లేదా), అలాగే కణాలను గుర్తించడానికి ప్రత్యామ్నాయ పద్ధతులు.

డిమిత్రి ట్రూనిన్

ఉచిత న్యూట్రాన్ యొక్క సగం జీవితం. B-r. మొదటిసారిగా ప్రయోగాత్మకంగా కనుగొనబడింది. n. మరియు A. H. స్నెల్ (ఓక్ రిడ్ష్, USA), J. రాబ్సన్ (చోక్ రివర్, కెనడా) మరియు P E. స్పివాక్ (IAE) ద్వారా దాదాపు ఏకకాలంలో (1948-50) మరియు ఒకదానికొకటి స్వతంత్రంగా దాని అర్ధ-జీవిత అంచనాలను పొందింది. మొత్తం> 15 కొలతలు జరిగాయి T 1/2న్యూట్రాన్. నాయబ్. C. క్రిస్టెన్‌సెన్ మరియు సహోద్యోగుల (1970) (=10.61b0.16 నిమి), స్పివాక్ సమూహాలు (1978, T 1/2 =10.18b0.10 నిమి) మరియు G. బైర్న్ (1980,) యొక్క పనిలో ఖచ్చితమైన డేటా పొందబడింది. G 1/2 =10.82b0.21 నిమి).

నిర్ణయించడం కోసం టి 1/2 న్యూట్రాన్లు 2 స్వతంత్ర అబ్స్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడ్డాయి. కొలతలు: థర్మల్ న్యూట్రాన్‌ల కొలిమేటెడ్ పుంజం యొక్క ఇచ్చిన ప్రాంతంలో న్యూట్రాన్ క్షయం సంఘటనల సంఖ్య నిర్ణయించబడింది మరియు ఈ ప్రాంతంలో ఉన్న న్యూట్రాన్‌ల సంఖ్యను కొలుస్తారు. ఈ సందర్భంలో, ఎలక్ట్రాన్లు (క్రిస్టెన్సెన్) లేదా క్షయం ప్రోటాన్లు (స్పివాక్, బైర్న్) నమోదు చేయబడ్డాయి, వీటిలో శక్తి పరిధి 0-800 eV. స్పివాక్ పనిలో వారు ప్రత్యేకంగా నమోదు చేయబడ్డారు. తక్కువ నేపథ్యం అనుపాత కౌంటర్, పరిమితిని దాటిన తర్వాత ప్రోటాన్లు ప్రవేశ కిటికీలోకి ప్రవేశించాయి. డయాఫ్రాగమ్ మరియు గోళాకారంలో 25 కెవి శక్తికి వేగవంతం చేయబడింది. ఫోకస్ చేసే ఫీల్డ్ (Fig. 1). క్షయం ప్రాంతంలోని న్యూట్రాన్ల సంఖ్య అబ్స్ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. న్యూట్రాన్ పుంజం యొక్క అదే ప్రదేశంలో వికిరణం చేయబడిన Au యొక్క కార్యాచరణ.

శక్తి ఎలక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రమ్‌ను రాబ్సన్ మరియు క్రిస్టెన్‌సెన్ (1972) కొలుస్తారు. మినహాయింపు తో

అన్నం. 1. ఉచిత న్యూట్రాన్ యొక్క అర్ధ-జీవితాన్ని కొలవడానికి ప్రయోగం యొక్క పథకం 1 - వాక్యూమ్ చాంబర్; 2 - న్యూట్రాన్ పుంజం; 3, 5 - నిర్బంధ డయాఫ్రమ్‌లు, 4 - స్క్రీన్ (బాహ్య క్షేత్రాల షీల్డింగ్); 6 - బ్రేకింగ్ గ్రిడ్; 7 - ఫోకస్ చేసే ఎలక్ట్రోడ్లు; 8 - ప్రోటాన్ డిటెక్టర్ (అనుపాత కౌంటర్).

సాఫ్ట్ ఎనర్జీ రీజియన్‌లో కొన్ని విచలనాలు (సుమారు 250 కెవి, స్పష్టంగా కొలత లోపాల కారణంగా), స్పెక్ట్రమ్ అనుమతించబడిన పరివర్తనాల కోసం ఫెర్మి ఫార్ములాతో బాగా అంగీకరిస్తుంది (చూడండి. బీటా క్షయంకోర్లు):

ఇక్కడ ఎలక్ట్రాన్ శక్తి ఉంది, మరియు ఇది స్పెక్ట్రం యొక్క సరిహద్దు శక్తి (Fig. 2). ఈ ప్రయోగం 782b13 keVని ఇస్తుంది, ఇది సైద్ధాంతికమైన దానితో ఏకీభవిస్తుంది. విలువ, ఇది న్యూట్రాన్, హైడ్రోజన్ అణువు యొక్క ద్రవ్యరాశిపై డేటా నుండి అనుసరిస్తుంది: = 782.318b0.017 keV.

అన్నం. 2. ఉచిత న్యూట్రాన్ యొక్క క్షయం యొక్క బీటా స్పెక్ట్రం; ఘన రేఖ - సైద్ధాంతిక వక్రత; సర్కిల్‌లు శక్తి రిజల్యూషన్‌ను పరిగణనలోకి తీసుకుని ప్రయోగాత్మక విలువలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి.

క్షయం ఉత్పత్తుల కోణీయ సహసంబంధాలు. B-r సమయంలో ఏర్పడిన 3 కణాల ప్రేరణలు. n., పరిరక్షణ చట్టం ద్వారా ఒకదానితో ఒకటి సంబంధం కలిగి ఉంటాయి మరియు అందువల్ల, క్షీణిస్తున్న న్యూట్రాన్ యొక్క స్పిన్‌ను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, కేవలం 4 స్వతంత్ర కోణీయ సహసంబంధాలు మాత్రమే సిద్ధాంతపరంగా సాధ్యమవుతాయి. యూనిట్ సమయానికి ఉచిత న్యూట్రాన్ క్షయం యొక్క సంభావ్యతను ఇలా వ్రాయవచ్చు:

ఇక్కడ స్పెక్ట్రమ్ ఆకారం ఉంది, ఎలక్ట్రాన్ వేగం, ఎలక్ట్రాన్ మరియు యాంటీన్యూట్రినో ఉద్గారాల దిశల యూనిట్ వెక్టర్స్, ఎ- యాంటీన్యూట్రినో మరియు ఎలక్ట్రాన్ యొక్క ఉద్గార దిశల మధ్య స్థిరంగా కలపడం; ఎఎలక్ట్రాన్ ఉద్గార దిశ మరియు క్షీణిస్తున్న న్యూట్రాన్ యొక్క స్పిన్ దిశ మధ్య సంబంధాన్ని వర్గీకరిస్తుంది; INయాంటీన్యూట్రినో యొక్క ఉద్గార దిశ మరియు న్యూట్రాన్ యొక్క స్పిన్ మధ్య సంబంధాన్ని వర్గీకరిస్తుంది; డిస్పిన్ s యొక్క దిశ మరియు కణ విస్తరణ యొక్క విమానం యొక్క సాధారణ మధ్య పరస్పర సంబంధాన్ని వర్ణిస్తుంది.

సహసంబంధాలు ప్రాదేశికంగా బేసిగా ఉంటాయి, అంటే, కోఆర్డినేట్ సిస్టమ్ ప్రతిబింబించినప్పుడు అవి గుర్తును మారుస్తాయి. ట్రిపుల్ కోరిలేషన్ ప్రాదేశికంగా సమానంగా ఉంటుంది, కానీ సమయం విలోమానికి సంబంధించి బేసిగా ఉంటుంది ( టిబేసి).

న్యూట్రాన్ క్షయం మరియు బలహీన పరస్పర స్థిరాంకాలు. సైద్ధాంతిక ప్రకారం ఆలోచనలు, ప్రాథమిక B-r.n కు సహకారం వెక్టర్ (F) మరియు అక్షసంబంధ వెక్టర్ ( ఎపరస్పర చర్యలు ( వి -ఎ-వేరియంట్) ద్రవ్యరాశి లేని రేఖాంశ యాంటిన్యూట్రినో లేదా (బహుశా) దాదాపు రేఖాంశ యాంటిన్యూట్రినోతో, ఇది చాలా చిన్న (ఎలక్ట్రాన్‌తో పోలిస్తే) ద్రవ్యరాశిని కలిగి ఉంటుంది. ఏది ఏమైనప్పటికీ, బలహీనమైన పరస్పర చర్య యొక్క మరో 3 (మొత్తం 5) వైవిధ్యాల యొక్క సూపర్‌పొజిషన్ సిద్ధాంతపరంగా ఊహించదగినది 4 ఫెర్మియన్లు- స్కేలార్ ( S), సూడోస్కేలార్ ( పి) మరియు టెన్సర్ ( T). ఏ ఎంపికలు వాస్తవానికి అమలు చేయబడతాయనే ప్రశ్నను స్పష్టం చేయడం Ch. న్యూక్లియై మరియు న్యూట్రాన్‌ల బీటా క్షయం గురించి అధ్యయనం చేసే పని. నాయబ్. ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి నమ్మదగిన మార్గం స్థిరాంకాల యొక్క ఖచ్చితమైన విలువలను పొందడం ఎ, ఎ, బి, డి. B-r విషయంలో. n. ప్రయోగాత్మక డేటా యొక్క వివరణ అణు నిర్మాణం యొక్క తెలియని వివరాల ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే అనిశ్చితి నుండి ఉచితం.

ఆస్ట్రియాలో యాంటీన్యూట్రినో-ఎలక్ట్రాన్ సహసంబంధం యొక్క ఖచ్చితమైన అధ్యయనాలు జరిగాయి. పరిశోధించారు సీబర్స్‌డోర్ఫ్‌లోని కేంద్రం (1975-78), a = -0.1017 విలువను ఇచ్చింది. బి 0.0051. అదే సమయంలో, రియాక్టర్ కోర్ నుండి ఖాళీ చేయబడిన ఛానెల్ ద్వారా ఎగిరిన క్షయం ప్రోటాన్ల స్పెక్ట్రం కొలుస్తారు. స్థిరాంకాలను కొలవడం ఎమరియు INశక్తివంతమైన కిరణాలు పొందిన తర్వాత మాత్రమే సాధ్యమైంది ధ్రువణ న్యూట్రాన్లు(10 9 neutr/s వరకు). నాయబ్. సాధారణ స్థిరమైన కొలత పథకం ఎ. పోలరైజర్‌ల పుంజం ఇచ్చిన ప్రాంతం నుండి. న్యూట్రాన్లు, ఒక నిర్దిష్ట ఘన కోణంలో ఎగురుతున్న ఎలక్ట్రాన్లు న్యూట్రాన్ల 2 దిశలలో నమోదు చేయబడతాయి - ఎలక్ట్రాన్ రిజిస్ట్రేషన్ అక్షానికి సమాంతరంగా మరియు వ్యతిరేక సమాంతరంగా, ఈ పరిస్థితులలో లెక్కింపు రేట్లు పోల్చడం, పిలవబడేవి. అసమాన విలువ:

స్పెక్ట్రం యొక్క నమోదిత భాగంపై సగటున, న్యూట్రాన్ ధ్రువణ దిశ మధ్య కోణం

అన్నం. 3. ఎలక్ట్రాన్-స్పిన్ సహసంబంధాన్ని కొలిచే ప్రయోగాత్మక పథకం: 1 - ఎలక్ట్రాన్ డిటెక్టర్ (సింటిలేషన్ ప్లాస్టిక్ మరియు PMT); 2 - నికర; 3 - వాక్యూమ్ చాంబర్; 4 - ధ్రువణ న్యూట్రాన్ల పుంజం; 5 - గోళాకార ఎలక్ట్రోడ్ (+ 25 kV); 6 -చిన్న గోళాకార మెష్; 7 - ప్రోటాన్ డిటెక్టర్ (CsI మరియు ఫోటోమల్టిప్లియర్): 8 - స్క్రీన్; 9 - శంఖాకార మెష్ (+28 kV); 10 - న్యూట్రాన్ పుంజం యొక్క పని ప్రాంతాన్ని ఎంచుకునే డయాఫ్రాగమ్.

కొత్త మరియు కనుగొనబడిన ఎలక్ట్రాన్ యొక్క మొమెంటం, TO- గుణకం న్యూట్రాన్ పుంజం యొక్క ధ్రువణత.

వాస్తవానికి, న్యూట్రాన్ యొక్క క్షయంతో సంబంధం లేని ఎలక్ట్రాన్ల నుండి నేపథ్యం ఉండటం ద్వారా చిత్రం సంక్లిష్టంగా ఉంటుంది. ఇది క్షయం ప్రోటాన్ డిటెక్టర్‌తో సమానంగా ఎలక్ట్రాన్ డిటెక్టర్‌ను ఆన్ చేయమని బలవంతం చేస్తుంది. అయితే, ఈ సందర్భంలో, యాంటిన్యూట్రినో-స్పిన్ యొక్క కోణీయ సహసంబంధం, ఇది కొలిచిన దాని కంటే 10 రెట్లు బలంగా ఉంటుంది, ఇది అసమానతకు గుర్తించదగిన సహకారాన్ని అందిస్తుంది. ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ అటామిక్ ఎనర్జీ యొక్క పనులలో, B-r సమయంలో ఏర్పడిన అన్ని ప్రోటాన్ల సేకరణను నిర్ధారించే విధంగా సంస్థాపన రూపొందించబడింది. n., ఇది యాంటీన్యూట్రినో-స్పిన్ సహసంబంధం యొక్క ప్రభావాన్ని మినహాయించింది (Fig. 3). ఈ పని ఫలితం: ఎ=-0.114b0.005. అర్గోన్ లాబొరేటరీ (USA)లో నిర్వహించిన ఇలాంటి అధ్యయనాలు: ఎ=- 0.113b0.006.

స్థిరమైన కోసం INపొందిన విలువలు: IN= 1.01b0.05 (USA) మరియు B=+0.955b0.035 (USSR). సహసంబంధం అనేది ఉల్లంఘనల కోసం శోధించే వస్తువు టిబలహీనమైన పరస్పర చర్యలలో సమానత్వం. స్థిరాంకం యొక్క మొత్తం 6 కొలతలు ప్రదర్శించబడ్డాయి డి. నాయబ్. ఖచ్చితమైన దూరాలు: డి=+0.0022b0.0030 (USSR) మరియు D=-0.0011b0.0017 (గ్రెనోబుల్, ఫ్రాన్స్). ఈ ఫలితాలు కొలత లోపంలో కావలసిన ప్రభావం లేకపోవడాన్ని సూచిస్తాయి.

పోలరైజర్స్ యొక్క క్షయం అధ్యయనం చేయడం ద్వారా పొందబడింది. న్యూట్రాన్ స్థిరమైన విలువలు ఎమరియు INఅనుకూలంగా స్పష్టమైన ఎంపిక చేయడానికి మాకు అనుమతి ఇచ్చింది V-A- సిద్ధాంతం యొక్క సంస్కరణ. మంచి పరీక్ష నిష్పత్తి 1+ A=B+a, ఇది ప్యూర్ విషయంలో డేటా ద్వారా సంతృప్తి చెందాలి V-A-ఎంపిక. అయినప్పటికీ, అందుబాటులో ఉన్న డేటా ఇంకా (కొలత లోపాల పరిమితుల్లో) హామిల్టోనియన్‌లో స్కేలార్ లేదా టెన్సర్ టైప్ నిబంధనల ఉనికిని మినహాయించలేదు, కానీ స్థిరాంకాలపై మాత్రమే పరిమితులను విధించింది. జిసంబంధిత బలహీనమైన 4-ఫెర్మియన్ పరస్పర చర్యలు: G S /G V<0,3 и G T/G A<0,15.

ప్రయోగం యొక్క స్వభావం	ప్రయోగాత్మక సమూహం
1.కొలత T 1/2	K. క్రిస్టెన్సేన్ మరియు ఇతరులు (RISO, డెన్మార్క్)
	P. E. స్పివాక్ మరియు ఇతరులు (IAE, USSR)	1.276b0.008
	జి. బైర్న్ మరియు ఇతరులు (ఫ్రాన్స్)
4. స్థిరమైన కొలతలు ఎ	P. డోబ్రోజెంస్కీ మరియు ఇతరులు. (సీబర్స్‌డోర్ఫ్, ఆస్ట్రియా)