How big is Nötron?

Nötron, elektrik yükü olmayan ve hemen hemen her atomun çekirdeğinde protonlarla birlikte bulunan bir parçacıktır. Nötronun çapı yaklaşık 1,7 femtometredir ve manyetik yarıçapının iki katı olarak ölçülür; manyetik yarıçap, manyetizmasının nasıl yayıldığını tanımlar. Bir femtometre, bir metrenin milyarda birinin milyonda biridir (10⁻¹⁵ metre).

Boyut

Nötronun sert bir yüzeyi yoktur. Nötron, kuark denen üç küçük parçacıktan oluşur: bir yukarı kuark ve iki aşağı kuark. Bunları güçlü kuvvet bir arada tutar; bu, nötronları ve protonları bir çekirdekte birbirine bağlayan kuvvetin aynısıdır. Yukarı kuarkın yükü pozitif, aşağı kuarkların yükleri negatiftir ve bu yükler birbirini götürür.

Bir protonun büyüklüğü elektrik yükünün nasıl yayıldığına bakılarak ölçülür, ama bu yöntem nötron için işe yaramaz. Nötronun pozitif ve negatif yükleri birbirinden farklı biçimde yayılmıştır; bu yüzden yük büyüklüğünün olağan ölçüsü negatif bir sayı olarak çıkar, negatif bir sayı ise bir genişlik olamaz. Bu nedenle fizikçiler bunun yerine nötronun manyetizmasını kullanır.

Nötron küçük bir mıknatıs gibi davranır. Dünya genelindeki parçacık ölçümlerini toplayan Parçacık Veri Grubu, bu manyetizmanın ortalama yarıçapını yaklaşık yüzde 1 duyarlıkla 0,864 femtometre olarak veriyor. Saçılma deneyleri de nötronların ve protonların yaklaşık aynı büyüklükte olduğunu gösteriyor.

Boyut karşılaştırmaları

Bir nötron, bir protonla yaklaşık aynı büyüklüktedir. Aynı yöntemle, yani manyetizmalarına bakılarak ölçüldüğünde yarıçapları arasındaki fark yüzde 2’den azdır.
İki nötron ve iki protondan oluşan bir helyum çekirdeği yaklaşık 3,4 femtometre çapındadır; bu, tek bir nötronun çapının yaklaşık iki katıdır.
Bir nötron bir basketbol topu büyüklüğüne büyütülse, 146 nötron ve 92 proton içeren, uranyumun en yaygın türünün çekirdeği yaklaşık 1,6 metre çapında olurdu.
Yan yana dizilen yaklaşık 60 milyar nötron, yaklaşık 0,1 milimetre olan insan saçının kalınlığını baştan başa kaplardı.

Nötron nasıl bulundu

1930’da Walther Bothe ile Herbert Becker, alfa parçacıklarını, yani helyum çekirdeklerini berilyum metaline doğru fırlattı. Berilyum güçlü, nüfuz edici bir ışınım yaydı; bazı fizikçiler bunu ışıkla aynı türden yüksek enerjili bir ışınım sandı. 1932’de İngiltere’deki Cambridge’de Cavendish Laboratuvarı’nda çalışan James Chadwick, bu ışınımın kütlesi yaklaşık bir proton kadar olan nötr parçacıklardan oluştuğunu gösterdi. Ernest Rutherford, çekirdeklerde böyle parçacıkların bulunabileceğini öne sürmüştü ve bunlara nötron adı verildi.

Nötronun yükü olmadığı için bir çekirdeğin pozitif yükü nötronu itmez. Bu yüzden nötronlar en ağır çekirdeklere bile ulaşıp onları parçalayabilir ve Chadwick’in buluşu uranyumun parçalanmasına giden yolu açtı. Chadwick bu buluş nedeniyle 1935 Nobel Fizik Ödülü’nü aldı.

Tek başına bir nötron

Çekirdeğin dışında bir nötron uzun ömürlü değildir. Ortalama olarak yaklaşık 15 dakika (878 saniye) hayatta kalır; sonra bir proton, bir elektron ve antinötrino denen bir parçacığa bozunur. Bir nötron bir protondan biraz daha ağırdır; fark yaklaşık yüzde 0,14’tür.