How big is Нейтрон?

Нейтрон — це частинка без електричного заряду, яка разом із протонами входить до складу ядра майже кожного атома. Він має в поперечнику приблизно 1,7 фемтометра. Цю величину отримують як подвоєний магнітний радіус нейтрона, що описує, як розподілений його магнетизм. Фемтометр — це мільйонна частка мільярдної частки метра (10⁻¹⁵ метра).

Розмір

Нейтрон не має твердої поверхні. Він складається з трьох менших частинок, які називають кварками: одного u-кварка і двох d-кварків. Їх утримує разом сильна взаємодія — та сама, що зв’язує нейтрони й протони в ядро. Заряд u-кварка додатний, а заряди d-кварків від’ємні, і разом вони компенсують один одного.

Розмір протона вимірюють за тим, як розподілений його електричний заряд, але для нейтрона це не працює. Додатний і від’ємний заряди нейтрона розподілені по-різному, тож звичайна міра розміру заряду виходить від’ємним числом, яке не може бути шириною. Натомість фізики використовують магнетизм нейтрона.

Нейтрон поводиться як крихітний магніт. Particle Data Group, яка збирає результати вимірювань частинок з усього світу, наводить середній радіус цього магнетизму — 0,864 фемтометра, відомий приблизно з точністю до 1%. Експерименти з розсіяння також показують, що нейтрони й протони мають приблизно однаковий розмір.

Порівняння розмірів

Нейтрон має приблизно такий самий розмір, як протон. Якщо виміряти однаково — за магнетизмом, — їхні радіуси відрізняються менш ніж на 2%.
Ядро гелію, що складається з двох нейтронів і двох протонів, має в поперечнику приблизно 3,4 фемтометра — приблизно вдвічі більше за ширину одного нейтрона.
Якби нейтрон збільшили до розміру баскетбольного м’яча, ядро найпоширенішого різновиду урану, що містить 146 нейтронів і 92 протони, мало б у поперечнику близько 1,6 метра.
Приблизно 60 мільярдів нейтронів, розташованих бік о бік, дорівнювали б за шириною людській волосині, яка завтовшки приблизно 0,1 міліметра.

Як відкрили нейтрон

У 1930 році Вальтер Боте і Герберт Беккер обстрілювали альфа-частинками, тобто ядрами гелію, метал берилій. Він випромінював сильне проникне випромінювання, яке дехто з фізиків вважав високоенергетичним випромінюванням того самого роду, що й світло. У 1932 році Джеймс Чедвік, який працював у Кавендишській лабораторії в Кембриджі (Англія), показав, що воно складається з нейтральних частинок із приблизно такою самою масою, як у протона. Ернест Резерфорд раніше висловив припущення, що такі частинки можуть існувати в ядрах, і їх назвали нейтронами.

Оскільки нейтрон не має заряду, додатний заряд ядра його не відштовхує. Тому нейтрони можуть досягати навіть найважчих ядер і розщеплювати їх, а відкриття Чедвіка проклало шлях до розщеплення урану. За це відкриття Чедвік отримав Нобелівську премію з фізики 1935 року.

Вільний нейтрон

Поза ядром нейтрон існує недовго. У середньому він живе близько 15 хвилин (878 секунд), а потім розпадається на протон, електрон і частинку, яку називають антинейтрино. Нейтрон трохи важчий за протон — приблизно на 0,14%.