מה הגודל של נייטרון?

נייטרון הוא חלקיק חסר מטען חשמלי, שנמצא יחד עם פרוטונים בגרעין של כמעט כל אטום. רוחבו כ-1.7 פמטומטרים, והוא נמדד כפעמיים הרדיוס המגנטי שלו, שמתאר כיצד המגנטיות שלו מתפזרת. פמטומטר הוא מיליונית ממיליארדית המטר (10⁻¹⁵ מטרים).

גודל

לנייטרון אין משטח קשיח. הוא בנוי משלושה חלקיקים קטנים יותר, הנקראים קווארקים: קווארק אחד מסוג מעלה ושני קווארקים מסוג מטה, המוחזקים יחד בידי הכוח החזק, אותו כוח שקושר נייטרונים ופרוטונים לגרעין. לקווארק למעלה יש מטען חיובי, ולקווארקי מטה יש מטענים שליליים, ויחד המטענים מבטלים זה את זה.

את גודלו של פרוטון מודדים לפי האופן שבו המטען החשמלי שלו מתפזר, אך שיטה זו אינה מתאימה לנייטרון. המטענים החיוביים והשליליים שלו מתפזרים באופן שונה זה מזה, ולכן המדד הרגיל של גודל המטען יוצא מספר שלילי, ומספר כזה אינו יכול להיות רוחב. הפיזיקאים משתמשים במקום זאת במגנטיות של הנייטרון.

נייטרון פועל כמגנט זעיר. קבוצת נתוני החלקיקים (Particle Data Group), שאוספת את מדידות החלקיקים בעולם, מציינת שהרדיוס הממוצע של המגנטיות הזאת הוא 0.864 פמטומטרים, בדיוק של כ-1%. גם ניסויי פיזור מראים שנייטרונים ופרוטונים הם בערך באותו גודל.

השוואות גודל

• נייטרון הוא בערך באותו גודל כמו פרוטון. כשמודדים באותה דרך, לפי המגנטיות שלהם, הרדיוסים שלהם נבדלים בפחות מ-2%.
• גרעין הליום, המורכב משני נייטרונים ושני פרוטונים, רחב כ-3.4 פמטומטרים, בערך פי שניים מרוחבו של נייטרון בודד.
• אילו נייטרון הוגדל לגודל של כדור כדורסל, גרעין של סוג האורניום הנפוץ ביותר, המכיל 146 נייטרונים ו-92 פרוטונים, היה ברוחב של כ-1.6 מטרים.
• כ-60 מיליארד נייטרונים, מסודרים בשורה זה לצד זה, היו משתרעים על פני רוחבה של שערת אדם, שרוחבה כ-0.1 מילימטרים.

כיצד התגלה הנייטרון

ב-1930 ירו ולתר בוטה והרברט בקר חלקיקי אלפא, שהם גרעיני הליום, על המתכת בריליום. המתכת פלטה קרינה חזקה וחודרת, ויש פיזיקאים שסברו שהיא קרינה בעלת אנרגיה גבוהה, מאותו סוג כמו האור. ב-1932 הראה ג'יימס צ'דוויק, שעבד במעבדת קוונדיש בקיימברידג' שבאנגליה, שהקרינה הזאת מורכבת מחלקיקים ניטרליים שמסתם בערך כמסת פרוטון. ארנסט רתרפורד הציע שחלקיקים כאלה עשויים להתקיים בגרעינים, והם נקראו נייטרונים.

מכיוון שלנייטרון אין מטען, המטען החיובי של הגרעין אינו דוחה אותו. לכן נייטרונים יכולים להגיע אפילו לגרעינים הכבדים ביותר ולבקע אותם, וגילויו של צ'דוויק סלל את הדרך לביקוע אורניום. הוא קיבל על כך את פרס נובל לפיזיקה לשנת 1935.

נייטרון לבדו

מחוץ לגרעין נייטרון אינו שורד זמן רב. בממוצע הוא שורד כ-15 דקות (878 שניות) עד שהוא דועך לפרוטון, לאלקטרון ולחלקיק הנקרא אנטי-נייטרינו. נייטרון כבד מעט מפרוטון, בכ-0.14%.

מקורות

• Summary Tables: Baryons. Particle Data Group, 2025.
• Measurement of the neutron charge radius and the role of its constituents. Atac et al., Nature Communications, 2021.
• The proton radius and its relatives – much ado about nothing?. Ulf-G. Meißner, plenary talk at the International Nuclear Physics Conference, 2022.
• Properties of Nuclei. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• James Chadwick: Facts. Nobel Prize Outreach.
• James Chadwick: Biographical. Nobel Prize Outreach.
• Walther Bothe: Facts. Nobel Prize Outreach.
• Alpha particle rms charge radius. NIST, 2022 CODATA recommended values, 2024.
• Nuclear Charge Radii. International Atomic Energy Agency, 2013.
• Uranium. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.