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阅读 7992 次 历史版本 5个 创建者:自知 (2010/7/8 2:33:03)  最新编辑:張嘉年 (2014/3/7 10:51:53)
中子
拼音:zhōng zǐ
英文:neutron
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中子圖
中子圖
  中子,是一种电中性的粒子,具有与质子大约相同的质量。中子属于重子类,由两个下夸克和一个上夸克构成。绝大多数的原子核都由中子和质子组成(仅有一种原子的同位素例外,它由一个质子构成)。在原子核外,自由中子性质不稳定,半衰期为15分钟。中子衰变时释放一个电子和一个反中微子而成为质子(β衰变)。同样的衰变过程在一些原子核中也存在。原子核中的中子和质子可以通过吸收和释放π介子互相转换。中子是由剑桥大学卡文迪许实验室英国物理学家詹姆斯·查德威克于1932年发现的。
(下三幅圖片繪製:張嘉年)
中子內部結構圖
中子內部結構圖


 
中子的夸克结构
中子的夸克结构
 以往曾经将中子列为基本粒子的一员。但现今在标准模型理论下,因为中子是由夸克组成,所以它是个复合粒子。

  中子和其它常见的次原子粒子最大的分别在于中子因其下夸克和上夸克之电荷互相抵消,本身不带电荷。另它穿透性强,无法直接进行观察,也令它在核转变中成为非常重要的媒介物。这两项因素使得它在次原子粒子发展历史的较后期才被发现。

  虽然组成物质的原子在正常情况下不带电荷,但原子比中子大一万倍,是由带负电的电子围绕带正电的原子核运行而形成的复杂系统。带电粒子(如质子,电子,或离子)和电磁波(如伽玛射线)都会在穿透物质时消耗能量,形式是将所穿透物质离子化。带电粒子会因此而慢下来,电磁波则会被所穿透物质吸收。中子的情况截然不同,它只会在与原子核近距离接触时受强相互作用或弱相互作用影响:结果一个自由中子在与原子核直接碰撞前不受任何外力影响。因为原子核太小,碰撞机会极少,因此自由中子会在一段极长的距离保持不变。
中子,質子組成原子核圖
中子,質子組成原子核圖


  自由中子和原子核的碰撞是弹性碰撞,其遵循巨观下两小球弹性碰撞时的动量法则。当被碰撞的原子核很重时,原子核只会有很小的速度;但是,若是碰撞的对象是和中子质量差不多质子,则质子和中子会以几乎相同的速度飞出。这类的碰撞将会因为制造出的离子而被侦测到。

  中子的电中性让它不仅很难侦测,也很难被控制。电中性使得我们无法以电磁场来加速、减速或是束缚中子。自由中子仅对磁场有很微弱的作用(因为中子存在磁矩)。真正能有效控制中子的只有核作用力。我们唯一能控制自由中子运动的方式只是放置原子核堆在它们的运动路径上,让中子和原子核碰撞藉以吸收之。这种以中子撞击原子核的反应在核反应中扮演重要角色,也是核子武器运作的原理。自由中子则可由核衰变、核反应或高能反应等中子源产生。
中子B衰變圖
中子B衰變圖

中子-内部结构模型表
      中子-内部结构模型表

发现


  1930年Walther Bothe 和H. 贝克尔在德国发现如果来自钋的高能量天然α粒子落在铍、硼或锂这些较轻的元素,便会有一种渗透力异常地高的辐射产生。起初这辐射被认为是伽马射线,并且实验性结果细节非常难解释根据这个依据。在1932 年在巴黎由Irène Joliot-Curie 和Frédéric Joliot报告。他们表示,这未知的辐射被含有非常多氢核的石蜡或其他氢包含的化合物减慢。这新辐射不仅与伽马射线之本质上不一致,其对资料的定量分析也越来越难符合伽马射线之假说。(1932年以后)物理学家詹姆斯·查德威克在英国最后执行了一系列的实验表示,伽马射线假说是站不住脚的。他建议新辐射近似包括了氢核的大量电中性微粒,他又执行了一系列的实验核实他的建议。这种电中性微粒最终被命名为中子。

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