Neutron beta henfald

Neutron beta henfald  - spontan transformation af en fri neutron til en proton med emission af en β-partikel (elektron) og en elektron antineutrino :

Det kinetiske energispektrum for den udsendte elektron ligger i området fra 0 til 782,318 keV . Levetiden for en fri neutron er 880,1 ± 1,1 sekunder [1] (svarende til en halveringstid på 611 ± 0,8 s ). Præcise målinger af parametrene for neutronbeta -henfald (levetid, vinkelkorrelationer mellem partikelmomenta og neutronspin ) er afgørende for at bestemme egenskaberne af den svage interaktion .

Neutron beta-henfald blev forudsagt af Frédéric Joliot-Curie i 1934 og opdaget i 1948-1950 uafhængigt af A. Snell , J. Robson og P. E. Spivak.

Sjældne henfaldskanaler

Radiativt beta-henfald af neutronen

Ud over henfaldet af en neutron med dannelsen af ​​en proton, en elektron og en elektron antineutrino, bør der også forekomme en mere sjælden proces med udsendelse af et yderligere gammakvante  - strålings- (det vil sige ledsaget af elektromagnetisk stråling ) beta-henfald af en neutron:

Teorien forudsiger, at spektret af gammastråler, der udsendes under det strålingsmæssige henfald af en neutron, bør ligge i området fra 0 til 782 keV og afhænge af energi (i den første tilnærmelse) som E −1 . Fra et fysisk synspunkt er denne proces bremsstrahlung af den emerging elektron (og i mindre grad protonen) [2] .

I 2005 blev denne tidligere forudsagte proces opdaget eksperimentelt [3] . Målingerne i dette arbejde viste, at den radiative henfaldskanal er realiseret med en sandsynlighed på 0,32 ± 0,16% ved en gamma-kvanteenergi E y > 35 keV . Dette resultat blev efterfølgende bekræftet og væsentligt forfinet af en række andre forsøgsgrupper; især RDK II - samarbejdet fandt [2] , at sandsynligheden for henfald med gammastråleemission er (0,335 ± 0,005 stat ± 0,015 syst )% ved E γ > 14 keV og (0,582 ± 0,023 stat ± 0,062 syst )% ved syst. 0, 4 keV < E y < 14 keV . Dette falder inden for fejlen med teoretiske forudsigelser (henholdsvis 0,308% og 0,515%).

Beta-henfald af en neutron til en bundet tilstand

Der skal også være en kanal for henfald af en fri neutron til en bundet tilstand - et brintatom

Denne kanal blev forudsagt i 1947 [4] , men er endnu ikke blevet observeret: fra eksperimenter vides det kun, at sandsynligheden for et sådant henfald er mindre end 3 % ( den delvise levetid for denne kanal overstiger 3⋅10 4 s ) [ 5] . Teoretisk set er den forventede sandsynlighed for henfald til en bundet tilstand i forhold til den samlede henfaldssandsynlighed 3,92⋅10 −6 [6] . For at opfylde loven om bevarelse af vinkelmomentum skal en bundet elektron opstå i S -tilstanden (med nul banemomentum ), herunder med en sandsynlighed på ≈84% i grundtilstanden og 16% i en af ​​de exciterede S -tilstande af hydrogenatomet [7] . Ved henfald til et brintatom vil næsten hele henfaldsenergien, lig med 782,33305 keV (bortset fra den meget lille kinetiske energi af rekylatomet, 325,7 eV [8] , og i tilfælde af henfald til en exciteret atomtilstand, excitationsenergi, der ikke overstiger 13, 6 eV) føres bort af en elektron antineutrino, og spin-tilstanden af ​​det resulterende hydrogenatom er relateret til heliciteten af ​​den udsendte antineutrino. Hvis vi tager retningen af ​​brintatomets momentum i massecentersystemet som den positive retning af z -aksen , så for projektionerne s z af spins af de fire fermioner involveret i henfaldet (den indledende neutron og resulterende proton, elektron og antineutrino) seks konfigurationer er mulige [9] :

( n , p , e − , ν e ) : (↓↓↑↓), (↓↑↓↓), (↑↑↑↓), (↓↓↓↑), (↑↓↓ↆ), (↓ ↑↑),

desuden er de tre første tilladte, og de sidste tre er forbudt af Standardmodellen, da antineutrino'ens helicitet i disse tilfælde ville være rigtig; sandsynligheden for dannelse af konfigurationer 1, 2 og 3 afhænger af skalar-, vektor-, aksial- og tensorkoblingskonstanter for den svage interaktion (i standard V − A- teorien er skalar- og tensorkonstanterne lig nul; kun øvre grænser for dem er eksperimentelt fastsat) [9] . Således kan målinger af de relative sandsynligheder for forskellige spin-kanaler af neutron-beta-henfald til en bundet tilstand give information om fysik ud over standardmodellen (tilstedeværelsen af ​​højrehåndede strømme, skalar- og tensorkoblingskonstanter i den svage interaktion) [9] .

Se også

Noter

  1. ↑ J. Beringer et al. (Partikeldatagruppe), Phys. Rev. D86, 010001 (2012) http://pdg.lbl.gov/2012/tables/rpp2012-sum-baryons.pdf Arkiveret 12. maj 2013 på Wayback Machine
  2. ↑ 1 2 Bales M. J. et al. (RDK II Samarbejde). Præcisionsmåling af den frie neutrons radiative β-henfald  // Physical Review Letters  . - 2016. - Bd. 116 , nr. 24 . — S. 242501 . — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.116.242501 . - arXiv : 1603.00243 .
  3. ↑ Khafizov RU, Severijns N., Zimmer O., Wirth H.-F., Rich D., Tolokonnikov SV, Solovei VA, Kolhidashvili MR Observation af neutronens radioaktive henfald // Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters . - 2006. - Bd. 83. - S. 366. - ISSN 0021-3640 . - doi : 10.1134/S0021364006080145 . - arXiv : nucl-ex/0512001 .
  4. ↑ Daudel R., Jean M., Lecoin M. Sur la possibilité d'existence d'un type particulier de radioactivité phénomène de creation e  (fransk)  // J. Phys. radius. - 1947. - Bd. 8 , livr. 8 . - S. 238-243 . - doi : 10.1051/jphysrad:0194700808023800 . Åben adgang
  5. ↑ Green K., Thompson D. Neutronens henfald til et brintatom  // Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. - 1990. - T. 16 , no. 4 . - S. L75-L76 . - doi : 10.1088/0954-3899/16/4/001 .
  6. ↑ Faber M. , Ivanov AN , Ivanova VA , Marton J. , Pitschmann M. , Serebrov AP , Troitskaya NI , Wellenzohn M. Kontinuum-tilstand og bundet tilstand β − -nedfaldshastigheder af neutronen  (Engelsk)  // Fysisk C. - 2009. - Vol. 80 , nr. 3 . — P. 035503 . — ISSN 0556-2813 . - doi : 10.1103/PhysRevC.80.035503 . - arXiv : 0906.0959 .
  7. ↑ Dubbers D., Schmidt MG Neutronen og dens rolle i kosmologi og partikelfysik  //  Anmeldelser af moderne fysik. - 2011. - Bd. 83 . - S. 1111-1171 . - doi : 10.1103/RevModPhys.83.1111 . - arXiv : 1105.3694 .
  8. ↑ Zhang Shuo, Wang Song-Lin, Zhou Jian-Rong, Wu Wen-Tao, Xia Jing-Kai, Zhang Rui-Tian, ​​Zhang Le (2022), Forslag til måling af to-legeme neutronhenfald ved hjælp af mikrokalorimeter, arΧiv : 2210.02314 [hep-ex]. 
  9. ↑ 1 2 3 McAndrew J. et al. Bundet beta-henfald af den frie neutron: BoB   // Physics Procedia . - 2014. - Bd. 51 . - S. 37-40 . — ISSN 1875-3892 . - doi : 10.1016/j.phpro.2013.12.009 .

Litteratur

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier