How big is Neutron?

Neutron on elektrilaenguta osake, mida leidub koos prootonitega peaaegu iga aatomi tuumas. Selle läbimõõt on umbes 1,7 femtomeetrit, mõõdetuna kahekordse magnetilise raadiusena, mis kirjeldab, kuidas neutroni magnetism on jaotunud. Femtomeeter on miljondik meetri miljardikust (10⁻¹⁵ meetrit).

Suurus

Neutronil pole kõva pinda. See koosneb kolmest väiksemast osakesest, mida nimetatakse kvarkideks: üks u-kvark ja kaks d-kvarki. Neid hoiab koos tugev vastastikmõju, sama jõud, mis seob neutronid ja prootonid tuumaks. U-kvargil on positiivne laeng ja d-kvarkidel negatiivsed laengud ning kokku tühistavad need teineteist.

Prootoni suurust mõõdetakse selle järgi, kuidas prootoni elektrilaeng on jaotunud, kuid neutroni puhul see ei sobi. Neutroni positiivne ja negatiivne laeng on jaotunud teineteisest erinevalt, mistõttu laengu suuruse tavamõõt annab negatiivse arvu, mis ei saa olla laius. Füüsikud kasutavad selle asemel neutroni magnetismi.

Neutron käitub nagu pisike magnet. Particle Data Group, mis koondab kogu maailma osakeste mõõtmistulemusi, annab selle magnetismi keskmiseks raadiuseks 0,864 femtomeetrit, mida teatakse umbes 1% täpsusega. Ka hajumiskatsed näitavad, et neutronid ja prootonid on umbes sama suured.

Suuruste võrdlused

Neutron on umbes sama suur kui prooton. Samal viisil ehk magnetismi järgi mõõdetuna erinevad nende raadiused alla 2% võrra.
Heeliumi tuum, mis koosneb kahest neutronist ja kahest prootonist, on umbes 3,4 femtomeetrit läbimõõdus, umbes kaks korda nii lai kui üksik neutron.
Kui neutron oleks suurendatud korvpalli suuruseks, oleks kõige levinuma uraani isotoobi aatomituum, milles on 146 neutronit ja 92 prootonit, umbes 1,6 meetri läbimõõduga.
Umbes 60 miljardit neutronit, kõrvuti asetatud, ulatuksid inimese juuksekarva laiuseni, mis on umbes 0,1 millimeetrit.

Kuidas neutron avastati

1930. aastal tulistasid Walther Bothe ja Herbert Becker alfaosakesi, mis on heeliumi tuumad, metallilise berülliumi pihta. Berüllium kiirgas tugevat läbitungivat kiirgust, mida mõned füüsikud pidasid valgusega sama laadi suure energiaga kiirguseks. 1932. aastal näitas James Chadwick, kes töötas Inglismaal Cambridge'is Cavendishi laboratooriumis, et kiirgus koosnes neutraalsetest osakestest, mille mass oli umbes sama mis prootonil. Ernest Rutherford oli välja pakkunud, et sellised osakesed võivad tuumades leiduda, ja neid hakati nimetama neutroniteks.

Kuna neutronil pole laengut, ei tõrju tuuma positiivne laeng seda eemale. Seetõttu võivad neutronid jõuda isegi kõige raskemate tuumadeni ja need lõhestada ning Chadwicki avastus sillutas teed uraani lõhestamisele. Selle eest sai ta 1935. aasta Nobeli füüsikaauhinna.

Neutron üksinda

Väljaspool tuuma ei püsi neutron kaua. Keskmiselt elab see umbes 15 minutit (878 sekundit), enne kui laguneb prootoniks, elektroniks ja osakeseks, mida nimetatakse antineutriinoks. Neutron on prootonist pisut raskem, umbes 0,14% võrra.