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Los neutrones también se desintegran con la emisión de fotones. Decaimiento de neutrones Vida media de un neutrón

Vida media de un neutrón libre. B-r fue descubierto experimentalmente por primera vez. norte. y obtuvieron estimaciones de su vida media casi simultáneamente (1948-50) e independientemente entre sí por A. H. Snell (Oak Ridsch, EE. UU.), J. Robson (Choke River, Canadá) y P E. Spivak (IAE). En total se realizaron >15 mediciones T 1/2

neutrón. Naib. Los datos exactos se obtuvieron en el trabajo de C. Christensen y colaboradores (1970) (=10,61b0,16 min), los grupos de Spivak (1978, T 1/2 =10,18b0,10 min) y G. Byrne (1980, G 1/2 = 10,82b0,21 min). Para determinar t 1/2 neutrones fueron producidos por 2 abs independientes. mediciones: se determinó el número de eventos de desintegración de neutrones en una región determinada de un haz colimado de neutrones térmicos y se midió el número de neutrones ubicados en esta región. En este caso, se registraron electrones (Christensen) o protones de desintegración (Spivak, Byrne), cuyo rango de energía era de 0 a 800 eV. En la obra de Spivak estaban especialmente registrados. fondo bajo contador proporcional

, los protones entraron por la ventana de entrada después de pasar por el limitador. diafragma y se aceleró hasta una energía de 25 keV en forma esférica. campo de enfoque (Fig. 1). El número de neutrones en la región de desintegración se determinó mediante abs. actividad del Au irradiado en el mismo lugar del haz de neutrones.

Energía Robson y Christensen (1972) midieron el espectro electrónico. Con la excepción de 1 Arroz. 1. Esquema del experimento para medir la vida media de un neutrón libre 2 - cámara de vacío; 3, 5 - haz de neutrones; 4 - diafragmas restrictivos, 8 - pantalla (blindaje de campos externos); 6 - rejilla de frenado; 7 - electrodos de enfoque;

- detector de protones (contador proporcional). Algunas desviaciones en la región de energía blanda (alrededor de 250 keV, aparentemente debido a errores de medición) en general, el espectro concuerda bien con la fórmula de Fermi para las transiciones permitidas (ver. desintegración beta

núcleos):

Aquí está la energía del electrón y es la energía límite del espectro (Fig. 2). El experimento da 782b13 keV, lo que concuerda con el teórico. valor, que se desprende de los datos sobre las masas del neutrón, el átomo de hidrógeno: = 782,318b0,017 keV. Arroz. 2. Espectro beta de la desintegración de un neutrón libre;- curva teórica; los círculos corresponden a valores experimentales teniendo en cuenta la resolución energética.

Correlaciones angulares de productos de desintegración. Los impulsos de 3 partículas se formaron durante B-r. n., están relacionados entre sí por la ley de conservación y, por lo tanto, teniendo en cuenta el espín del neutrón en descomposición, teóricamente solo son posibles 4 correlaciones angulares independientes. La probabilidad de desintegración de un neutrón libre por unidad de tiempo se puede escribir como:

Aquí está la forma del espectro, es la velocidad del electrón, son los vectores unitarios de las direcciones de emisión del electrón y antineutrino, A- constante de acoplamiento entre las direcciones de emisión del antineutrino y del electrón; A caracteriza la relación entre la dirección de emisión de electrones y la dirección de espín del neutrón en descomposición; EN caracteriza la relación entre la dirección de emisión del antineutrino y el espín del neutrón; D caracteriza la correlación entre la dirección del espín sy la normal al plano de expansión de las partículas.

Correlaciones son espacialmente impares, es decir, cambian de signo cuando se refleja el sistema de coordenadas. La correlación triple es espacialmente par, pero es impar con respecto a la inversión del tiempo ( t extraño).

Decaimiento de neutrones y constantes de interacción débil.. Según la teoría ideas, basico contribución a B-r.n. debería dar el vector (F) y el vector axial ( A)interacciones ( V -A-variante) con un antineutrino longitudinal sin masa o (posiblemente) con un antineutrino casi longitudinal, que tiene una masa muy pequeña (en comparación con un electrón). Sin embargo, teóricamente es concebible una superposición de 3 variantes más (en total 5) de interacción débil 4 fermiones- escalar ( S), pseudoescalar ( PAG) y tensor ( t). Para aclarar la cuestión de qué opciones se implementan realmente, el cap. la tarea de estudiar la desintegración beta de núcleos y neutrones. Naib. una forma confiable de resolver este problema es obtener valores exactos constantes a, a, b, d. EN caso B-r. norte. la interpretación de los datos experimentales está libre de incertidumbres generadas por detalles desconocidos de la estructura nuclear.

Estudios de precisión de la correlación antineutrino-electrón realizados en Austria. investigado centro en Seibersdorf (1975-78), dio el valor a = -0,1017 b 0,0051. Al mismo tiempo, se midió el espectro de los protones de desintegración que volaron a través del canal evacuado desde el núcleo del reactor. Constantes de medición A Y EN fue posible sólo después de que se obtuvieron rayos potentes neutrones polarizados(hasta 10 9 neutros/s). Naib. esquema simple de medición constante A. De una región dada de un haz de polarizadores. Los neutrones, los electrones que vuelan en un cierto ángulo sólido se registran en 2 direcciones de neutrones: paralela y antiparalela al eje de registro de electrones, comparando las tasas de conteo en estas condiciones, las llamadas. valor de asimetría:

donde se promedia sobre la parte registrada del espectro, es el ángulo entre la dirección de polarización de neutrones

Arroz. 3. Esquema experimental para medir la correlación electrón-espín: 1 - detector de electrones (centelleo plástico y PMT); 2 - neto; 3 - cámara de vacío; 4 - un haz de neutrones polarizados; 5 - electrodo esférico (+ 25 kV); 6 -pequeña malla esférica; 7 - detector de protones (CsI y PMT): 8 - pantalla; 9 - malla cónica (+28 kV); 10 - un diafragma que selecciona el área de trabajo del haz de neutrones.

nuevo y el impulso del electrón detectado, A- coeficiente polarización del haz de neutrones.

En realidad, el panorama se complica por la presencia de un fondo de electrones no asociado con la desintegración del neutrón. Esto obliga a encender el detector de electrones para que coincida con el detector de protones de desintegración. Sin embargo, en este caso la correlación angular del espín antineutrino, que es 10 veces más fuerte que la medida, puede contribuir notablemente a la asimetría. En las obras del Instituto de Energía Atómica, la instalación fue diseñada de tal manera que asegurara la recolección de todos los protones formados durante B-r. n., que excluyó la influencia de la correlación antineutrino-espín (Fig. 3). El resultado de este trabajo: A=-0,114b0,005. Estudios similares realizados en el Laboratorio Argonne (EE.UU.) arrojaron: A=- 0.113b0.006.

por una constante EN valores obtenidos: EN= 1.01b0.05 (EE.UU.) y B=+0,955b0,035 (URSS). La correlación es el objeto de la búsqueda de violaciones. Para determinar-paridad en interacciones débiles. Se realizaron un total de 6 mediciones de la constante. D. Naib. distancias exactas: D=+0,0022b0,0030 (URSS) y D=-0,0011b0,0017 (Grenoble, Francia). Estos resultados indican la ausencia del efecto deseado dentro del error de medición.

Se obtiene estudiando la desintegración de los polarizadores. valores constantes de neutrones A Y EN nos permitió tomar una decisión clara a favor de VIRGINIA-versión de la teoría. Una buena prueba es la relación 1+ A=B+a, que debe ser satisfecho por los datos en el caso de un puro VIRGINIA-opción. Sin embargo, los datos disponibles aún no excluyen (dentro de los límites de los errores de medición) la presencia de términos de tipo escalar o tensorial en el hamiltoniano, sino que sólo imponen restricciones a las constantes. GRAMO correspondientes interacciones débiles de 4 fermiones: G S /G V<0,3 и G T /G A<0,15.

Naturaleza del experimento

Grupo experimental

1.Medición T 1/2

K. Christensen et al. (RISO, Dinamarca)

P. E. Spivak y otros (IAE, URSS)

1.276b0.008

G. Byrne et al. (Francia)

4. Mediciones constantes A

P. Dobrozemsky y otros (Seibersdorf, Austria)

A. A. Grishaev, Investigador independiente

Introducción.

El problema de la masa de neutrones es un problema evidente en física. La desintegración de un neutrón indica que la estructura del neutrón no está garantizada por un defecto de masa. De hecho, los productos de desintegración de un neutrón son un protón y un electrón (y, como se cree, un antineutrino, cuya masa es insignificante). Se cree que la masa de un neutrón libre es 2,5 veces la masa de un electrón mayor que la masa de un protón libre. Resulta que la masa de un neutrón es una vez y media la masa de un electrón mayor que la suma de las masas de los productos estables de su desintegración. Entonces, según la lógica tradicional, el neutrón debería ser un objeto muy inestable. Y si, para explicar la larga existencia de los neutrones en los núcleos atómicos, se puede suponer la acción de algún mecanismo estabilizador, entonces un neutrón libre debe desintegrarse en un tiempo comparable a los tiempos nucleares característicos, es decir, según estándares prácticos, instantáneamente. Mientras tanto, las mediciones de la vida media de los neutrones emitidos por las calderas atómicas dan un valor de unos 12 minutos (ver, por ejemplo,).

Lo absurdo de esta situación sólo puede eliminarse de una manera bastante radical: por ejemplo, descubrimos que la masa del neutrón se determinó incorrectamente, o nos damos cuenta de cómo se puede mantener la estructura de un par de partículas elementales sin una masa. defecto, sino, por el contrario, a un aumento. En este artículo presentamos ideas en las que se hacen realidad ambas posibilidades. Según estas ideas, la masa de un neutrón excede la suma de las masas de un protón y un electrón en la mitad de la masa del electrón, es decir La masa de un neutrón es una masa de electrón menos que el valor aceptado. En este caso, los componentes unidos en el neutrón se retienen debido al mecanismo que se describe a continuación, cuya consecuencia es precisamente un aumento de masa igual a la mitad de la masa del electrón.

El enfoque propuesto no sólo elimina el problema de la "estabilidad de la masa de neutrones", sino que también aclara, en particular, el origen de los antiprotones y también abre perspectivas para construir un modelo universal simple de fuerzas nucleares.

Falta de fiabilidad del valor aceptado de la masa de neutrones.

El método fundamental para encontrar las masas de micropartículas es medir su carga específica, es decir relación carga-masa, utilizando espectrómetros de masas (ver, por ejemplo,). De esta forma no se puede encontrar la masa de una partícula neutra.

El descubridor del neutrón, Chadwick, eliminó los problemas con las leyes de conservación de la energía-momento en el caso de la radiación penetrante derivada del bombardeo de berilio. a-partículas – asumiendo que esta radiación no es de alta energía gramo-cuantos, como se creía anteriormente, pero por un flujo de partículas neutras con masas cercanas a la masa de un protón (ver, por ejemplo,). Chadwick apoyó esta suposición con un cálculo basado en una comparación de las velocidades máximas de retroceso impartidas a los átomos de hidrógeno y nitrógeno por los neutrones durante una colisión frontal. Este cálculo dio una masa de 1,15 para el neutrón (damos valores de masa en unidades de la escala de oxígeno utilizada hasta 1961, en relación con O16). Se creía que este exceso significativo de la masa del protón, 1,00768 (con una masa del electrón de 0,00055), estaba asociado con errores significativos, del 10 por ciento, en la medición de las velocidades de retroceso; Este primer resultado de Chadwick sólo decía que las masas del neutrón y del protón están próximas entre sí.

Se realizaron cálculos más precisos de la masa de neutrones mediante balances de energía de reacciones nucleares. Así, Chadwick analizó la reacción de la emisión de neutrones del boro cuando es bombardeado a-partículas:

B 11 + Él 4 ® norte 14 + norte 1.

Al mismo tiempo, se incluyeron en el balance energético las masas de los cuatro participantes, así como las energías cinéticas. a-partícula, átomo de nitrógeno y neutrón: la masa resultante del neutrón fue 1,0067, que es menor (!) que la masa del protón. Los autores obtuvieron un valor aún más bajo, 1,0063, basándose en un análisis de la reacción de desintegración de a-partículas de núcleos de litio al ser bombardeadas con deuterones:

Li 7 + H 2 ® 2Él 4 + n 1 .

El valor máximo de la masa de neutrones obtenido mediante balances de energía fue, a juzgar por el resumen de resultados en , 1,0090, y los intervalos de confianza para los valores mínimo y máximo no se superpusieron en absoluto. Esto se debió, en nuestra opinión, a dos errores metodológicos. En primer lugar, en el balance energético se incluyeron tanto las masas de las partículas como sus energías cinéticas. En nuestra opinión, este enfoque es incorrecto, ya que la energía cinética no es un "complemento" de la masa: según el principio de transformaciones de energía autónomas, la presencia de energía cinética en una partícula significa que su masa se reduce en una cantidad equivalente. . Tener en cuenta la energía cinética sumándola a la masa de la partícula fue, en nuestra opinión, una de las principales razones de las discrepancias sistemáticas entre los valores de las masas de los isótopos obtenidos en la espectroscopia de masas y mediante los balances de energía de las transformaciones nucleares. En segundo lugar, no se tuvo en cuenta que el núcleo intermedio o final podría, durante su formación, acabar en entusiasmado condición y, en consecuencia, emitir gramo-cuántico - entonces el balance de energía sería incompleto, ya que los valores de masa utilizados de los elementos se obtuvieron para principal estados de sus núcleos.

Ambas fuentes de error están ausentes en el método para encontrar la masa del neutrón midiendo la energía de enlace del deuterón, con las masas conocidas de los átomos de hidrógeno y deuterio (1,0078 y 2,0136, respectivamente). La energía de enlace aquí se puede juzgar conociendo la energía gramo-cuántico que provoca la fotodesintegración del deuterón. Chadwick y Goldhaber utilizaron radiación con una energía de 2,62 MeV, que obviamente excedía la energía de enlace deseada. Se creía que la diferencia entre la energía gramo-los cuantos y la energía de enlace se convirtieron completamente en energías cinéticas del protón y del neutrón liberados - y, debido a la proximidad de las masas del protón y del neutrón, estas energías se consideraron iguales. Así, sólo fue necesario medir la energía, por ejemplo, del protón de desintegración, lo que se hizo mediante una cámara de ionización. Siendo el valor encontrado de esta energía aproximadamente 250 keV, el valor resultante de la masa del neutrón fue 1,0080 ± 0,0005. Ising y Helde informaron el mismo valor, quienes utilizaron la misma técnica. Pero también en este caso los resultados fueron dispersos: un poco más tarde, Chadwick, Fizer y Bretcher publicaron un valor de 1,0090.

No cabe duda de que esta dispersión de resultados se debió principalmente a la imperfección de un instrumento de medición como la cámara de ionización. Pero, para la unidad de mediciones y cálculos en física nuclear, era necesario reducir la incertidumbre en el valor de la masa del neutrón. La singularidad de la situación fue que, para reducir esta incertidumbre, era posible asignar cualquier valor de masa al neutrón que no fuera más allá de la dispersión de un par de masas de electrones que existían en ese momento. Con un pequeño error en la masa asignada al neutrón, las energías de enlace de los núcleos también se conocerían con los correspondientes errores pequeños, pero de manera uniforme. Esta, aparentemente, fue la razón por la que la reducción de la incertidumbre de la masa del neutrón no se llevó a cabo mediante un aumento en la precisión de las mediciones, sino, de hecho, mediante un acto de voluntad realizado por el teórico Bethe. Hizo un cálculo de la masa de neutrones basándose en los parámetros y factores de conversión más fiables, desde su punto de vista, y proporcionó un análisis de errores; sin embargo, no explicó por qué la difusión de los resultados de las mediciones utilizando la misma técnica llevó a realizado en diferentes instalaciones, fue un orden de magnitud mayor que el intervalo de confianza calculado. Pero como el valor propuesto por Bethe es 1,00893 ± 0,00005, aseguró la unidad de mediciones y cálculos durante muchos años, se incluyó en publicaciones de referencia (ver, por ejemplo) y, posteriormente, al cambiar a la escala de pesos atómicos del carbono, se le hizo la modificación adecuada.

Cabe agregar que, después de aceptar el valor de Bethe, se informaron repetidamente nuevas mediciones de la energía de enlace del deuterón, consistentes con él, que arrojaron valores de aproximadamente 2,22 MeV. Estos resultados fueron aceptados acríticamente, pero había motivos de duda.

Entonces, Hanson dividió el deuterio. gramo-cuantos ya sea de una fuente de torio (2,623 MeV) o de una fuente de lantano (2,3 MeV). Algunos de los neutrones de desintegración, al salir del recipiente con deuterio y pasar por la protección de plomo, entraron en el contador proporcional; allí el neutrón podía transferir su energía al protón de relleno y el contador generaba un impulso eléctrico con la amplitud adecuada. Se creía que la energía máxima medida de un protón es igual a la energía del neutrón de desintegración, y que restando su doble valor de la energía del original gramo-cuantos dieron la energía de unión deseada del deuterio. Pero tenga en cuenta: habiendo indicado que “para la mayoría de las mediciones, el relleno del contador era hidrógeno o deuterio”, el autor no especificó más con qué relleno específico obtuvo sus resultados. Pero tenían que ser diferentes: si, en el caso del relleno de hidrógeno, el neutrón de desintegración realmente transfirió energía al protón, entonces, en el caso del relleno de deuterio, el neutrón transfirió energía al deuterón, cuya masa es el doble de la masa del protón. En el segundo caso, la energía que detectaría un contador proporcional no sería más de 8/9 de la energía del neutrón de desintegración, y esto es en el caso de una colisión absolutamente elástica de un neutrón con un deuterón. Pero no había garantía de que estas colisiones fueran absolutamente elásticas: parte de la energía del neutrón podría convertirse en energía de excitación del deuterón, que el contador ignoraría. Por eso los resultados del trabajo nos hacen desconfiar, sobre todo porque la energía de unión del deuterón encontrada fue de 2,229 MeV para el caso de una fuente de torio y de 1,998 para el caso de una fuente de lantano, por lo que el autor ni siquiera incluyó el segundo. de estas cifras en la tabla final.

Además, los experimentos de Bell y Elliot, que afirmaban haber medido directamente la energía, se consideran clásicos. gramo-cuantos emitidos cuando un neutrón y un protón se combinan para formar un deuterón. El flujo de neutrones térmicos del reactor nuclear se dirigió a un disco de parafina, donde se producía la síntesis de deuterones, es decir. reacción H 1 (n, gramo)D 2 . Característica gramo-La radiación se colimó sobre un trozo de lámina de uranio. Se creía que gramo-El cuántico eliminó uno de los electrones más fuertemente unidos del átomo de uranio (por ejemplo, de la capa K) y que la energía buscada gramo-cuantos era igual a la suma de la energía cinética del electrón expulsado y su energía de enlace en el átomo de uranio. Las mediciones de la energía cinética de los electrones eliminados se realizaron utilizando un espectrómetro beta de dos bobinas, y estas mediciones no fueron absolutas, sino relativas, a través de la relación con la energía de los mismos electrones eliminados. gramo-cuantos con energía calibrada, 2.615 MeV. Aquí tenemos dudas sobre la suposición de que gramo-un cuanto con una energía superior a dos MeV es capaz de influir directamente en un electrón atómico. Se puede suponer que un cuanto cuya energía no exceda la suma de la energía de enlace de un electrón en un átomo y la energía cinética máxima de un electrón liberado, que, en nuestra opinión, es de aproximadamente 170 keV, todavía es capaz de tal un efecto directo, pero los cuantos con energías mayores que esta suma deben influir sólo hasta el núcleo. La exactitud de este enfoque particular se evidencia claramente en la enorme amplitud de los picos de energía obtenidos para los electrones eliminados de las capas K y L. Con una resolución suficientemente alta del espectrómetro beta, este ancho ( ~ 60 keV) es completamente atípico para los niveles de energía atómica, pero es típico para todo el ancho de las líneas nucleares. Esto sugiere que el espectrómetro beta midió la energía conversión electrones. Aquellos., gramo-el cuanto, tanto medido como calibrado, fue absorbido centro uranio, cuya excitación se eliminó, por ejemplo, mediante radiación en cascada de secundaria gramo-cuantos, de los cuales sólo uno eliminó un electrón de conversión. Al mismo tiempo, no había garantías de que dicha desactivación, en los casos de cuantos medidos y de calibración, se produjera como resultado de transiciones nucleares radiativas. al mismo nivel. Y luego, las mediciones relativas con un espectrómetro beta no pudieron proporcionar información sobre el valor real de la energía del cuanto medido y, por lo tanto, sobre la energía de enlace del deuterón.

A continuación, mencionamos el trabajo de Mobley y Laubenstein, quienes afirmaron haber medido el umbral de energía para la fotodesintegración del deuterón. Se creía que la radiación necesaria para esto era de naturaleza bremsstrahlung y surgía como resultado de la interacción de un haz de electrones de alta energía con un objetivo de oro. Los cuantos de rayos X supuestamente producidos durante este proceso, con energías de hasta más de dos MeV, cayeron en un recipiente con agua pesada. Los neutrones liberados allí, supuestamente durante la fotodesintegración del deuterio, podían superar la protección del plomo y entrar en un contador proporcional, que no se utilizaba como medidor de energía de neutrones, sino simplemente como detector. La energía de enlace del deuterón se juzgó a partir de la energía de los electrones del haz ( ~ 2,23 MeV), a partir del cual el número de neutrones detectados por el contador comenzó a aumentar. Como puede ver, los autores tienen varias suposiciones muy controvertidas. Si un electrón puede tener una energía de varios MeV, ¿por qué no fue posible encontrar el umbral de energía para la desintegración del deuterón sin generar bremsstrahlung, es decir, mediante el impacto de un electrón? Resulta que la cuestión es que los electrones no inician reacciones nucleares. Explicamos esta característica misteriosa por el hecho de que la energía cinética de un electrón no puede exceder un tercio de su masa en reposo, es decir aproximadamente 170 keV; esto significa que la energía del electrón es siempre menor que los umbrales más bajos de las reacciones nucleares. Es muy curioso que los autores calibraron la energía de las partículas primarias con un haz de protones - según el umbral conocido (1,882 MeV) de la reacción del Li 7 (p,n) - y las mediciones se realizaron con un haz de electrones, asumiendo que el mismo voltaje de aceleración imparte la misma energía tanto al protón como al electrón. En nuestra opinión, en este caso esto no es cierto: un protón puede tener una energía de varios MeV, pero un electrón no. Y luego, en funcionamiento, los electrones no pudieron generar fotones de bremsstrahlung con energías de más de dos MeV y, por lo tanto, no se pudo medir el umbral de fotodesintegración del deuterón.

Resumiendo lo anterior, no vemos evidencia experimental confiable de que la masa de un neutrón sea mayor que la masa de un protón en exactamente 2,5 masas de un electrón. La diferencia real entre las masas de un neutrón y un protón bien puede ser 1,5 veces la masa de un electrón, como se desprende de las ideas que se presentan a continuación.

Pulsaciones cuánticas y comunicación “en un defecto de masa”.

Nuestras ideas sobre los nucleones son consecuencia del concepto de que la materia en un nivel fundamental tiene una naturaleza "digital" más que "analógica". Esta naturaleza "digital" indica, en nuestra opinión, que existen instrucciones de software especiales que forman partículas elementales en el mundo físico y establecen sus propiedades físicas, incluidas todo tipo de interacciones en las que pueden participar.

El concepto básico de este concepto es el concepto de pulsador cuántico, cuya implementación física es, por ejemplo, un electrón. Recordemos que un pulsador cuántico es una partícula de materia verdaderamente elemental, que se caracteriza por un cambio cíclico de solo dos estados. Frecuencia natural F Pulsador cuántico libre, su propia energía. mi y su masa metro Relacionado por la relación de De Broglie: mi=hf=mc 2 donde h- Constante de Planck, C- velocidad de la luz. Como puede ver, la frecuencia de pulsación cuántica del electrón es aproximadamente 1,24 × 10 20 Hz. A esta frecuencia la llamamos electrónica: la presencia de pulsaciones en una partícula a una frecuencia electrónica significa que tiene carga eléctrica; el signo de la carga está determinado por la fase de las pulsaciones; a diferencia de las cargas, pulsan en antifase. El desarrollo temporal de las pulsaciones cuánticas se puede ilustrar mediante un meandro, es decir ola cuadrada; Sólo hay que tener en cuenta que la amplitud de esta onda no tiene ningún significado físico; esto se ve enfatizado por el hecho de que la energía de las pulsaciones cuánticas depende únicamente de su frecuencia.

Las pulsaciones cuánticas se pueden modular mediante "amplitud", con un cien por cien de profundidad. Esta modulación significa en realidad una interrupción cíclica de las pulsaciones cuánticas, es decir, su cíclico “on-off”. Como se señaló anteriormente, la energía de las pulsaciones cuánticas moduladas es menor que la de las no moduladas y es igual a h(F-W.), Dónde W.- frecuencia de modulación; En consecuencia, la masa de la partícula es menor.

Creemos que las estructuras atómicas se forman debido a interrupciones antifase de pulsaciones electrónicas en el electrón atómico y la correspondiente carga positiva del protón nuclear. Tales interrupciones de dos pulsadores dan lugar a una forma específica de movimiento: transferencias cíclicas del estado en el que las pulsaciones están "encendidas", desde el punto de ubicación de un pulsador hasta el punto de ubicación del otro, y viceversa. Esta forma de movimiento tiene cierta energía, dependiendo de la distancia a lo largo de la cual se llevan a cabo transferencias cíclicas de estado. Si esta energía aparece precisamente debido a la disminución de la propia energía de los pulsadores causada por sus interrupciones, entonces estos dos pulsadores se ven obligados a estar a una distancia muy determinada entre sí; esta, como creemos, es la naturaleza de la conexión. “en un defecto masivo”.

Este enfoque parece preferible al de la física oficial, en la que todavía no hay explicación para el defecto de masa, lo que se debe, en nuestra opinión, a la suposición infundada de la universalidad de la expresión de Einstein. mi=mc 2. De hecho, se cree que esta expresión es válida para cualquier forma de energía. Pero entonces, en el caso de unir energía "en un defecto de masa", surge un incidente. Si esta energía de enlace es, como parece, positiva, entonces no debería haber un defecto de masa, sino, por el contrario, un aumento. Si es negativa, entonces su masa equivalente debe ser negativa; pero, hasta donde sabemos, la masa es una cantidad fundamentalmente positiva. La solución, en nuestra opinión, es muy sencilla: no cualquier forma de energía equivale a masa, sino sólo una: la energía intrínseca de un pulsador cuántico. Por eso se descubre un “defecto de masa”, porque la energía de enlace, que no es equivalente a la masa, aparece debido a la disminución de la propia energía de los pulsadores cuánticos conectados.

Neutrón: conexión “sobre ganancia de masa”.

El protón, en nuestra opinión, es un pulsador cuántico que modula con la frecuencia y fase electrónica de la carga positiva; la frecuencia portadora del protón se puede determinar a partir de la condición de que la masa del protón corresponda a una frecuencia igual a la diferencia entre las frecuencias de la portadora y del electrón; en este caso, la portadora es aproximadamente 2,27 × 10 23 Hz. Tenga en cuenta que la masa del protón es menor que la masa correspondiente al portador, no debido a un "defecto de masa". En un protón no hay subpartículas: no se puede decir que sea un compuesto, por ejemplo, de un núcleo masivo y un positrón. La mencionada disminución de masa se debe únicamente a las interrupciones de la portadora con una frecuencia electrónica: la carga positiva no está unida, sino que está, por así decirlo, “cosida” mediante modulación.

Un neutrón, en nuestra opinión, es precisamente un compuesto, pero un compuesto cuya composición de participantes se actualiza cíclicamente: el par “protón más electrón” es reemplazado a la fuerza por un par “positrón más antiprotón”, y viceversa. El diagrama ilustra la fase de dos "pistas" de las pulsaciones cuánticas resultantes. La envoltura de una de estas pistas genera una carga eléctrica positiva y la envoltura de la otra, una negativa; el relleno de alta frecuencia (portador) se transfiere de un sobre a otro, con una frecuencia la mitad que la del sobre electrónico. En aquellos períodos de la frecuencia electrónica en los que el portador está en la "pista positiva", el par que forma el neutrón es un protón y un electrón, y en aquellos períodos en los que el portador está en la "pista negativa", un positrón y un antiprotón.

Como puede ver, la transferencia de un portador de una envoltura a otra es un cambio cíclico de estados, que tiene una cierta energía. Tenga en cuenta que esta energía no aparece debido a una disminución de las energías propias de los participantes en el proceso:

está agregado a sus propias energías, razón por la cual la masa resultante del sistema debería aumentar por la cantidad apropiada. Según la lógica del concepto de pulsaciones cuánticas, la energía de los cambios cíclicos de dos estados es igual al producto de la constante de Planck por la frecuencia de estos cambios. Dado que, en el caso considerado, esta frecuencia es la mitad de la frecuencia del electrón, el aumento de masa resultante, en comparación con la suma de las masas del protón y del electrón, debería ser la mitad de la masa del electrón. Ahora observemos que la energía de los cambios cíclicos de pares que forman el neutrón y la energía de las transferencias espaciales cíclicas del portador entre los pulsadores "positivos" y "negativos" son la misma energía. Y como la energía de las transferencias espaciales cíclicas depende de la distancia a la que se producen, los dos pulsadores que componen el neutrón deben estar a cierta distancia entre sí. Así explicamos la naturaleza del enlace de “ganancia de masa”, gracias al cual existen los neutrones. Usando las fórmulas del artículo, puedes estimar la distancia que debe separar los centros de dos pulsadores en un neutrón: es ~ 2.8× 10-15 metros.

Como puede ver, un neutrón siempre contiene cargas opuestas que se anulan entre sí; por lo tanto, el neutrón es eléctricamente neutro. Al mismo tiempo, estas cargas forman un dipolo eléctrico, cuyo momento dipolar se invierte cíclicamente. Esto, en nuestra opinión, explica la misteriosa capacidad del neutrón de participar débilmente en interacciones electromagnéticas, razón por la cual se observa, por ejemplo. Selección espacial de neutrones voladores en fuertes campos eléctricos y magnéticos no homogéneos.

Destacamos que la conexión "por ganancia de masa" tiene una diferencia fundamental con la conexión "por defecto de masa": un neutrón libre no se puede dividir en componentes usando, por ejemplo, gramo-cuantos: un neutrón no puede absorberlo, porque el neutrón no tiene “ningún lugar” donde excitarse. Al mismo tiempo, la energía de enlace del neutrón debe convertirse en otras formas de energía, según la ley de conservación de la energía. Por lo tanto, durante la desintegración de un neutrón libre, la energía de enlace que contiene debería convertirse, en nuestra opinión, en energía. gramo-radiación, pero no en energía de antineutrino (recordemos que la hipótesis del neutrino era necesaria para salvar la ley de conservación del impulso relativista, que obviamente fue violada durante la desintegración beta). En cuanto al motivo de la desintegración de un neutrón libre, aún no está claro, ya que, según la lógica anterior, incluso con un "aumento de masa", el neutrón debería ser un objeto completamente estable. Quizás la solución a este problema se deba al hecho de que la conclusión sobre la inestabilidad de un neutrón libre se llegó a partir de experimentos únicamente con neutrones emitidos por calderas atómicas; no se puede descartar que tales neutrones se liberen durante la desintegración de sustancias pesadas. Los núcleos tienen algún tipo de peculiaridad.

Una pequeña discusión.

Las ideas anteriores sobre el neutrón nos permiten ofrecer interpretaciones más simples (y, en nuestra opinión, más realistas) de algunos experimentos clave en física de partículas.

Así, según las ideas tradicionales, los núcleos de los isótopos naturales están formados por protones y neutrones y, en particular, no hay ni pueden haber antiprotones. Se cree que el antiprotón puede nacer con una energía de colisión de partículas suficientemente alta y, además, nacer en pares con un protón, de modo que se respeten las leyes de conservación. Se cree que precisamente tales producciones de pares protón-antiprotón tuvieron lugar en el experimento de los descubridores del antiprotón, quienes dirigieron protones de alta energía hacia un objetivo de cobre y, entre los productos de la reacción, detectaron partículas que tenían la masa de un protón y una masa negativa. carga eléctrica. Este experimento también se considera una brillante confirmación de la teoría especial de la relatividad, ya que el par protón-antiprotón supuestamente nació debido a la energía cinética del protón original.

Pero, en nuestra opinión, no es necesario hablar aquí de “confirmación brillante”. Después de todo, si las ideas anteriores son correctas, durante la mitad de la vida útil de un neutrón, éste incluye un antiprotón. Entonces es más fácil suponer que los antiprotones no nacieron, sino que fueron eliminados de los núcleos objetivo, durante la división de un neutrón nuclear en un antiprotón y un positrón como resultado del impacto que ocurrió durante el medio período correspondiente de ciclo. Transformaciones en el neutrón. En este caso, por supuesto, el núcleo tenía que transformarse en otro isótopo y, según la versión ortodoxa, tenía que permanecer igual. No se ha realizado ningún análisis y no hay datos sobre si el kernel se cambió o no. Por tanto, no se puede considerar probado que el antiprotón haya nacido debido a la energía cinética del protón original; La versión con la eliminación del antiprotón del núcleo parece, en nuestra opinión, mucho más plausible.

Agreguemos que, así como un protón y un antiprotón se diferencian entre sí en que tienen fases opuestas de interrupción del portador, un neutrón y un antineutrón se diferencian entre sí en que tienen fases opuestas de las transformaciones cíclicas de los pares. incluidos en su composición. Sin embargo, a diferencia del caso de una fase de interrupción fija, que especifica una carga eléctrica positiva o negativa, la fase de transformaciones cíclicas de pares en un neutrón no tiene por qué ser fija y puede "flotar"; por lo tanto, la diferencia entre las Los conceptos de “neutrón” y “antineutrón” son, en nuestra opinión, muy condicionales.

Conclusión.

Dado que los núcleos atómicos compuestos siempre tienen un defecto de masa, los valores de la masa de neutrones y la energía de enlace de los núcleos resultan ser interdependientes: si nos damos cuenta de que el valor de la masa de neutrones debe reducirse, entonces, con los mismos valores ​​de las masas de isótopos: tendremos que reducir en consecuencia los valores de los núcleos de energía de enlace. Cuando la masa del neutrón disminuye en la masa de un electrón, la correspondiente disminución en la energía de enlace por nucleón sería especialmente significativa para los núcleos ligeros, alcanzando el 23% para el deuterón. Pero para los núcleos medianos y pesados ​​esta disminución no excedería el 4%, y aquí la dependencia de la energía de enlace por nucleón del número atómico apenas cambiaría en apariencia.

Sin embargo, la corrección de las energías nucleares vinculantes no era el objetivo principal de este artículo. Creemos que la insuficiencia de las ideas tradicionales sobre el neutrón es una de las principales razones por las que aún no se ha propuesto un modelo universal simple de fuerzas nucleares. Y las ideas anteriores abren perspectivas para construir dicho modelo; Pretendemos discutir este tema en otro artículo.

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desintegración de neutrones

El modelo del núcleo protón-neutrón satisface completamente a los físicos y todavía se considera el mejor. Sin embargo, a primera vista suscita algunas dudas. Si el núcleo atómico está formado únicamente por protones y neutrones, surge nuevamente la pregunta de cómo pueden escapar de él los electrones cargados negativamente en forma de partículas \alpha. ¿Qué pasa si no hay electrones en el núcleo y se forman en el momento de la desintegración? Apliquemos las leyes de conservación para encontrar la solución correcta.

La formación de un electrón significa la creación de una carga eléctrica negativa. Pero según la ley de conservación de la carga eléctrica, no se puede formar una carga negativa hasta que surja al mismo tiempo una carga positiva. Sin embargo, ni una sola partícula cargada positivamente sale del núcleo junto con la partícula \alpha, por lo que dicha partícula debe permanecer dentro del núcleo; Se sabe que dentro del núcleo sólo hay una partícula cargada positivamente: el protón. De todo lo dicho se deduce que cuando se emite un electrón desde un núcleo, se forma un protón dentro del núcleo. Pasemos a la ley de conservación de la energía. Un protón tiene masa y, si se forma, la masa debe desaparecer en algún otro lugar. Todos los núcleos excepto el hidrógeno-1 contienen neutrones. Al estar descargado, un neutrón aparece o desaparece sin violar la ley de conservación de la carga eléctrica. En consecuencia, cuando se emite una partícula α en el interior del núcleo, desaparece un neutrón y al mismo tiempo aparece un protón (Fig. 4). En otras palabras, un neutrón se convierte en un protón, emitiendo un electrón en el proceso. No se viola la ley de conservación de la energía, ya que el neutrón es un poco más pesado que el protón. Un protón y un electrón juntos tienen una masa de 1,008374 en la escala de peso atómico, mientras que un neutrón tiene una masa de 1,008665. Cuando un neutrón se transforma en un electrón y un protón, la masa de 0,00029 "desaparece". En realidad, se convierte en energía cinética de la partícula ?emitida, equivalente a aproximadamente 320 keV.

Arroz. 4. ¿Radiación?-partículas.

Esta explicación parece satisfactoria, así que resumamos utilizando un sistema de símbolos lo más simple posible. Designemos el neutrón n, el protón p +, el electrón e - y escribamos la ecuación para la radiación de la partícula?:

¿norte? p++mi-.

Nuestro razonamiento sólo refleja indirectamente lo que sucede dentro del núcleo. En realidad, no se puede mirar dentro de un núcleo y ver cómo un protón se convierte en neutrón cuando se libera un electrón cargado. Al menos no todavía. ¿Es posible observar neutrones individuales en estado libre? ¿Se convertirán, por así decirlo, en protones ante nuestros ojos y emitirán electrones rápidos?

En 1950, los físicos finalmente lograron obtener la respuesta. Los neutrones libres de vez en cuando se desintegran y se convierten en protones, y esto no sucede con frecuencia. Cada vez que un neutrón sufre este cambio, se emite un electrón.

Los neutrones existen en estado libre hasta que se produce la desintegración, y la cuestión de cuánto dura este período es muy importante. Es imposible decir exactamente cuándo un neutrón sufrirá una desintegración radiactiva. Este proceso es aleatorio. Un neutrón existe sin desintegrarse durante una millonésima de segundo, otro durante cinco semanas y un tercero durante veintisiete mil millones de años. Sin embargo, para un gran número de partículas del mismo tipo, es posible predecir con razonable precisión cuándo se desintegrará un determinado porcentaje de ellas. (De manera similar, un estadístico de seguros no puede predecir cuánto tiempo vivirá una persona individual, pero para un grupo grande de personas de cierta edad, profesión, lugar de residencia, etc., puede predecir con considerable precisión cuánto tiempo tomará para la mitad de su vida. de ellos a morir.)

El tiempo durante el cual la mitad de las partículas de un tipo determinado se desintegran suele denominarse vida media de la partícula. El término fue acuñado por Rutherford en 1904. Cada tipo de partícula tiene su propia vida media característica. Por ejemplo, la vida media del uranio-238 es de 4,5·10 9 años, y la del torio-232 es mucho más larga: 1,4·10 10 años. Por tanto, el uranio y el torio todavía se encuentran en cantidades importantes en la corteza terrestre, a pesar de que en un momento dado algunos de sus átomos se están desintegrando. Durante los cinco mil millones de años de historia de la Tierra, sólo la mitad de las reservas de uranio-238 y mucho menos de la mitad de las reservas de torio-232 se desintegraron.

Algunos núcleos radiactivos son mucho menos estables. Por ejemplo, cuando el uranio-238 emite una partícula, se convierte en torio-234. La vida media del torio-234 es de sólo 24 días, por lo que sólo quedan trazas de este elemento en la corteza terrestre. Se forma muy lentamente a partir de uranio-238 y, una vez formado, se desintegra muy rápidamente.

A medida que el torio-234 se desintegra, emite una partícula. Dentro del núcleo de torio, un neutrón se convierte en un protón. Esta transformación del torio-234 se produce a un ritmo tal que la vida media es de veinticuatro días. En otros isótopos radiactivos, los neutrones se convierten en protones mucho más lentamente. Por ejemplo, el potasio-40 emite partículas β con una vida media de 1,3·10 9 años. Algunos isótopos no están sujetos a desintegración radiactiva en absoluto. Así, en los núcleos de los átomos de oxígeno-16, hasta donde se sabe, ni un solo neutrón se convierte por sí solo en un protón, es decir, la vida media es infinita. Sin embargo, lo que más nos interesa es la vida media de un neutrón libre. Un neutrón libre no está rodeado de otras partículas que lo harían más o menos estable, alargando o acortando su vida media, es decir, en el caso de un neutrón libre tenemos, por así decirlo, una vida media no distorsionada. Resulta que equivale a unos doce minutos, lo que significa que la mitad del billón de neutrones se convierte en protones y electrones al final de cada duodécimo minuto.

Del libro Los físicos siguen bromeando. autor Konobeev Yuri

Observaciones de la tarde sobre la naturaleza del neutrón por J. Vervier Discurso en la clausura de la Conferencia de Amberes de 1965 Durante el transcurso de esta conferencia hemos escuchado muchas declaraciones interesantes sobre el objeto llamado "Neutrón" de varios científicos de muchos países diferentes. Debemos, sin embargo,

Del libro Curso de Historia de la Física. autor Stepanovich Kudryavtsev Pavel

Del libro del autor.

Historia del descubrimiento del neutrón La historia del descubrimiento del neutrón comienza con los intentos fallidos de Chadwick de detectar neutrones en descargas eléctricas de hidrógeno (basándose en la hipótesis de Rutherford antes mencionada). Rutherford, como sabemos, llevó a cabo la primera bomba nuclear artificial.

Se ha descubierto experimentalmente un nuevo tipo de desintegración de neutrones: la desintegración beta radiativa. Este descubrimiento fue posible gracias al desarrollo de detectores de partículas de baja energía.

La vida de la mayoría de las partículas elementales conocidas hoy en día es brillante y fugaz. Nacidos de la reacción de la colisión de protones o electrones junto con varios hermanos, logran volar una distancia microscópica e inmediatamente se desintegran en otras partículas. Los estados finales de su decadencia (como dicen los físicos, canales de decadencia) pueden ser muy diversos; Lo principal es que no se violan las leyes fundamentales de la física (leyes de conservación de carga, energía, etc.). Para algunas partículas ya se conocen más de cien canales de desintegración de este tipo.

Sólo un pequeño número de partículas viven lo suficiente como para entrar, por así decirlo, en contacto directo con el mundo exterior. Durante su vida, logran volar una distancia significativa: centímetros, metros y, en casos muy raros, kilómetros, pero, según los estándares humanos, se desintegran muy rápidamente, en unas pocas fracciones de segundo.

Y ahora, después de más de medio siglo de estudiar esta partícula, los físicos parecen haber podido descubrir segundo tipo de desintegración de neutrones. El preimpreso del grupo de investigadores ruso-belga-alemán nucl-ex/0512001 informa sobre una observación exitosa desintegración beta radiativa neutrón, es decir, su desintegración en un protón, electrón, antineutrino y fotón. Fue posible registrar tal desintegración mediante la técnica de la triple coincidencia: la emisión simultánea de un electrón y un fotón y la medición del momento de retroceso recibido por el protón.

En términos generales, este descubrimiento no sorprende a los teóricos. Se sabe que en todo tipo de reacciones con partículas cargadas (y el protón y el electrón están cargados eléctricamente), también se pueden emitir fotones, “como carga” para las partículas restantes. Sin embargo, observar esta desintegración en el caso de un neutrón resultó ser una tarea muy difícil desde el punto de vista técnico. Después de todo, todas las partículas que se escapan tienen energías muy bajas y, por lo tanto, son difíciles de "atrapar" con los detectores.

Un intento anterior del mismo grupo en 2002 para encontrar esta desintegración terminó en fracaso: la precisión del equipo de registro no fue suficiente para detectarla. Ahora, después de actualizar los detectores y mejorar el procedimiento de procesamiento de datos, los investigadores finalmente descubrieron que, en promedio, en uno de cada trescientos casos, los neutrones libres prefieren desintegrarse emitiendo un fotón.

La precisión del experimento aún es baja y puede suceder (aunque la probabilidad de que esto ocurra es pequeña) que toda la "señal" detectada sea simplemente el resultado de una superposición aleatoria de procesos en segundo plano. Sin embargo, los autores señalan que es posible seguir mejorando la técnica, lo que permitirá alcanzar un 10% de precisión en la medición de la probabilidad de esta decadencia.

desintegración de positrones

Decaimiento de doble electrón

desintegración de electrones

Durante la desintegración de los electrones, el núcleo emite electrón y electronico antineutrino. Dado que la desintegración de los electrones produce más de dos partículas, entonces espectro energético electrones resulta continuo. En este caso, la energía de un electrón individual es impredecible. Sólo se puede determinar la energía máxima de un electrón. Esta energía es igual a la energía de desintegración. La desintegración electrónica ocurre en núcleos ricos en neutrones con energía de desintegración mayor que cero. Durante la desintegración electrónica, el núcleo hijo no necesariamente se forma en el estado fundamental.

En casos bastante raros, la desintegración energéticamente posible con la emisión simultánea de dos electrones es posible. Este proceso es posible siempre que la masa del núcleo metro(A,z+1), que podría surgir durante la desintegración electrónica, resulta ser mayor que la masa del núcleo. metro(A, z), y para la masa central metro(A, z+2) la condición se cumple metro(A, z)> metro(A, z+2)+2metro mi C 0 2 .

El análisis muestra que en la naturaleza hay docenas de núcleos que son capaces de sufrir una doble desintegración de electrones.

La desintegración de positrones ocurre en núcleos deficientes en neutrones. En todas sus propiedades, la desintegración de positrones es analogía completa de la desintegración de electrones. Sin embargo, si la desintegración electrónica sólo es posible en núcleos ricos en neutrones, la desintegración de positrones sólo es posible en núcleos con un exceso de protones. Los espectros de electrones y positrones son similares, pero existe una atracción de Coulomb entre el electrón y el núcleo, y una repulsión de Coulomb entre el positrón y el núcleo. Es por eso el espectro de positrones resulta desplazado hacia energías más altas.

Con energías de excitación suficientemente altas, el núcleo puede emitir neutrones. Cuando se emiten neutrones Δ norte=1, Δ A=1. La desintegración energética de neutrones es posible si energía de excitación nuclear voluntad Más energía de enlace de neutrones en el núcleo.. Se ha demostrado experimentalmente que la desintegración de neutrones se produce en el núcleo de Li a partir de niveles de energía de 3,21 MeV (513,6 fJ), 6,53 MeV (1044,8 fJ). En general, podemos suponer que en la región de masas promedio, se requieren energías de excitación de aproximadamente 9 MeV (1440 fJ) para la desintegración de los neutrones.

Espectro energético de neutrones emitidos resulta ser continuo. Es obvio que el proceso de desintegración de neutrones está sujeto a núcleo con exceso de neutrones. Al mismo tiempo, los datos sobre las masas del núcleo no parecen indicar que con un exceso de neutrones, la energía de enlace de los neutrones siga siendo positiva. La consecuencia de esto es la imposibilidad de que los neutrones se desintegren del estado fundamental del núcleo.

A veces, después de la desintegración beta, el núcleo resultante, que permanece excitado, se desintegra aún más con la emisión de un neutrón. La energía de excitación es transportada por los neutrones emitidos. Estos neutrones se llaman rezagado. El retraso en el proceso de desintegración posterior de neutrones está asociado con la lentitud de la desintegración beta anterior. La desintegración de neutrones se produce con una vida media muy corta.