Neutron

Neutron (n)
Vnitřní struktura neutronu: dva kvarky d a jeden kvark u.
Vnitřní struktura neutronu: dva kvarky d a jeden kvark u.
Obecné vlastnosti
KlasifikaceHadrony
Baryony
Fermiony
Složení2 kvarky d, 1 kvark u
Antičásticeantineutron
Fyzikální vlastnosti
Klidová hmotnost939,565 420 52(54)[1] MeV/c2
1,674 927 498 04(95)×10−27[1] kg
Elektrický náboje
0 C
Magnetický moment−1,913 042 73(45)[1] μN
Dipólový moment< 2,9×10−26[2] e·cm
Spin12
Izospin12
Stř. doba života881,5(1,5) s[2] (mimo jádro)
Interakceslabá interakce, silná interakce
Animace neutronu

Neutron je subatomární částice bez elektrického náboje (neutrální částice), jedna ze základních stavebních částic atomového jádra (nukleon) a tím téměř veškeré známé hmoty. Atomy lišící se jen počtem neutronů se nazývají izotopy. Neutrony se z atomu uvolňují při jaderných reakcích, volné neutrony způsobují řetězení štěpné reakce a jejich samostatný proud se nazývá neutronové záření.

Ve standardním modelu částicové fyziky se neutron skládá z jednoho kvarku u a dvou kvarků d. Mezi základní vlastnosti neutronu patří hmotnost, vlnová délka a spin. Antičásticí neutronu je antineutron.

Nukleony a elektrony

Neutron je společně s protonem a elektronem základní stavební částicí veškeré známé hmoty, neboť je součástí všech atomů běžné látky. Tedy s výjimkou pouze některých exotických atomů, zpravidla krátkodobě existujících pouze v extrémních podmínkách čí experimentech, které je napodobují. Neutrony a protony se často označují společným názvem nukleony.

Vlastnosti neutronu

  • S hmotností 940 MeV/c2 je jen mírně těžší než proton se svými 938 MeV/c2 a přibližně 1839krát hmotnější než elektron.
  • Mimo atomové jádro je neutron nestabilní se střední dobou života 881,5 ± 1,5 sekund[2] (zhruba 14,7 minut), přičemž se rozpadá na proton, elektron a elektronové antineutrino.
  • Neutron se řadí mezi baryony – interaguje silnou interakcí.
  • Je to hadron složený celkem ze tří kvarků (dvou kvarků d a jednoho u).
  • Má poločíselný spin = 1 2 {\displaystyle {\frac {1}{2}}} (tj. je to fermion) a izospin = 1 2 {\displaystyle {\frac {1}{2}}} .
  • Jádra všech atomů, vyjma nejběžnějšího izotopu vodíku 1H, tvořeného pouze protonem, obsahují protony i neutrony.

Dělení neutronů

Neutrony se mohou dělit podle své kinetické energie na:

  • chladné neutrony <0,002 eV
  • tepelné neutrony 0,002 – 0,5 eV
  • rezonanční neutrony 0,5 – 1000 eV
  • neutrony středních energií 1 keV – 500 keV
  • rychlé neutrony 500 keV – 10 MeV
  • neutrony s vysokými energiemi 10 MeV – 50 MeV
  • neutrony s velmi vysokými energiemi >50 MeV

Víceneutronové vázané stavy hmoty

Byly předpovězeny a později i experimentálně prokázány složené částice (přesněji korelované kvazivázané stavy) z více neutronů vázaných zbytkovou silnou interakcí, jako jsou dineutrony[3] a tetraneutrony[4][5][6][7]. Jejich střední doba života je však velmi krátká, u tetraneutronů např. pouhých 3 × 10−22 sekund.[8][9]

Hmota tvořená pouhými neutrony se z historických důvodů také nazývá neutronium (název navržený německým chemikem von Antropoffem pro hypotetický prvek s protonovým číslem 0). Kromě dineutronů a tetraneutronů je jejím představitelem degenerovaný neutronový plyn, velmi hustá stavební látka neutronových hvězd. V tomto případě jsou však neutrony vázány gravitací.

Význam

Ve fyzice a zejména chemii má význam počet neutronů v jádře, tzv. neutronové číslo, na základě kterého se rozlišují různé izotopy konkrétního prvku.

jaderné fyzice mají volné neutrony význam jako iniciátor štěpné jaderné reakce. Aby mohla v jaderném reaktoru probíhat řízená štěpná reakce, musí být neutrony zpomalovány pomocí některého z typů moderátoru neutronů.

V astronomii je speciálním tělesem neutronová hvězda tvořená převážně neutrony. Vzniká jako závěrečná fáze vývoje hvězdy po výbuchu některých typů supernovy, kdy po gravitačním kolapsu vznikají neutrony spojením elektronů a protonů za vyzáření neutrin.

Historie

Podrobnější informace naleznete v článku Objev neutronu.

Existenci atomového jádra objevil a publikoval Ernest Rutherford v roce 1911 (Rutherfordův model atomu) a v roce 1920 formuloval hypotézu o jeho složení z protonů a neutronů. Experimentální důkaz neutronu včetně vysvětlení podal jeho žák James Chadwick v roce 1932. Publikoval jej v Nature 2. února. Měření, která neutron detekovala, provedli před tím i další fyzikové, ale mylně je interpretovali jako záření gama.

Odkazy

Reference

  1. a b c Fundamental Physical Constants; 2018 CODATA recommended values. NIST, květen 2019. Dostupné online, PDF (anglicky)
  2. a b c K. Nakamura et al., The Review of Particle Physics. J. Phys. G 37, 075021 (2010), 2011 partial update [1] Archivováno 28. 8. 2011 na Wayback Machine
  3. SCHIRBER, Michael. Nuclei Emit Paired-up Neutrons. Physics [online]. American Physical Society, 2012-03-09 [cit. 2021-12-16]. Roč. 5: 30. Dostupné online. (anglicky) 
  4. FAESTERMANN, Thomas; BERGMAIER, Andreas; GERNHÄUSER, Roman; KOLL, Dominik; MAHGOUB, Mahmoud. Indications for a bound tetraneutron. Physics Letters B [online]. 2021-11-26 [cit. 2021-12-16]. Roč. 824: 136799. Dostupné online. DOI 10.1016/j.physletb.2021.136799. (anglicky) 
  5. MIHULKA, Stanislav. Fyzici jsou na stopě dlouho hledaného tetraneutronu. OSEL.cz [online]. 2021-12-13 [cit. 2021-12-16]. Dostupné online. ISSN 1214-6307. 
  6. WOGAN, Tim. Elusive tetraneutron is discovered at Japanese lab. Physics World [online]. IOP Publishing, 2022-07-05 [cit. 2022-07-13]. Dostupné online. (anglicky) 
  7. DUER, M.; AUMANN, T.; GERNHÄUSER, R.; PANIN, V.; PASCHALIS, S.; ROSSI, D. M.; ACHOURI, N. L. Observation of a correlated free four-neutron system. S. 678–682. Nature [online]. Springer Nature Limited, 2022-06-22 [cit. 2022-07-13]. Roč. 606, čís. 7915, s. 678–682. Dostupné online. ISSN 1476-4687. DOI 10.1038/s41586-022-04827-6. (anglicky) 
  8. DUER, M.; AUMANN, T.; GERNHÄUSER, R.; PANIN, V.; PASCHALIS, S.; ROSSI, D. M.; ACHOURI, N. L. Observation of a correlated free four-neutron system. S. 678–682. Nature [online]. Springer Nature Limited, 2022-06-22 [cit. 2022-06-28]. Roč. 606, čís. 7915, s. 678–682. Dostupné online. ISSN 1476-4687. DOI 10.1038/s41586-022-04827-6. (anglicky) 
  9. HOUSER, Pavel. Tetraneutron existuje méně než miliardtinu miliardtiny sekundy. SCIENCEmag.cz [online]. Nitemedia s.r.o., 2022-06-28 [cit. 2022-06-28]. Dostupné online. 

Související články

Externí odkazy

  • Logo Wikimedia Commons Obrázky, zvuky či videa k tématu neutron na Wikimedia Commons
  • Slovníkové heslo neutron ve Wikislovníku
Částice
Elementární částice
částice hmoty
(fermiony)
kvarky
kvark u • antikvark u • kvark d • antikvark d • kvark s • antikvark s • kvark c • antikvark c • kvark t • antikvark t • kvark b • antikvark b
leptony
elektron • pozitron • mion • antimion • tauon • antitauon • elektronové neutrinoelektronové antineutrinomionové neutrino • mionové antineutrino • tauonové neutrino • tauonové antineutrino
částice interakcí
(bosony)
foton • gluon • bosony W a ZHiggsův boson
hypotetické
částice interakcí
graviton • bosony X a Y • bosony W' a Z' • majoron • duální graviton
superpartneři
gluino • gravitino • chargino • neutralino • (fotino • higgsino • wino • zino) • slepton • skvark • axino
ostatní
axion • dilaton • magnetický monopól • Planckova částice • preon • sterilní neutrino • tachyon
Složené částice
hadrony
baryony
(fermiony)
nukleony
proton • antiproton • neutron • antineutron
hyperony
Δ • Λ • Σ, Σ* • Ξ, Ξ* • Ω
ostatní baryonové rezonance
N • Δ • Λ, Λc, Λb • Σ, Σc, Σb • Ξ, Ξc, Ξb, Ξcc • Ω, Ωc, Ωb
mezony/kvarkonia
(bosony)
pion • kaon • ρ • ηφ • ω • J/ψ • ϒ • θ • B • D • T
exotické hadrony
tetrakvarky/dvoumezonové molekuly
(bosony)
Tacs0(2900)++ • Tacs0(2900)0 • X(2900) • X(3872) • X(4140) (s excitacemi X(4274), X(4500), X(4700)) • X(4630) • X(4685) • X(5568) • X(6900)
Zc(3900) • Zc(4430) • Zcs(4000)+ • Zcs(4220)+
pentakvarky
(fermiony)
Pc+(4312) • Pc+(4380) • Pc+(4440) • Pc+(4457) • PΛψs(4338)0
hexakvarky/dibaryony
(bosony)
d*(2380)
glueballs
(bosony)
odderon • pomeron (hypotetický)
další částice
částice neutronia (dineutron • tetraneutron) • atomové jádro (deuteron • triton • helion • částice alfahyperjádro) • atom • superatom • exotické atomy (pozitronium • mionium • onium) • molekula
hypotetické
mezony/kvarkonia
mezon théta • mezon T
exotické mezony
kvark-antikvark-gluonové kompozity
ostatní
dikvarky • leptokvarky • pomeron
Kvazičástice
Davydovův soliton • dropleton • elektronová díra • exciton • fonon • magnon • plazmaron • plazmon • polariton • polaron • roton • skyrmion • trion
Autoritní data Editovat na Wikidatech
  • NKC: ph123274
  • PSH: 3712
  • BNF: cb11944505r (data)
  • GND: 4041964-2
  • LCCN: sh85091222
  • NDL: 00573932
  • NLI: 987007565613105171