Dezintegrarea neutronilor beta

Dezintegrarea neutronului beta  - transformarea spontană a unui neutron liber într-un proton cu emisia unei particule β (electron) și a unui antineutrin electronic :

Spectrul de energie cinetică al electronului emis se află în intervalul de la 0 la 782,318 keV . Durata de viață a unui neutron liber este de 880,1 ± 1,1 secunde [1] (corespunzând unui timp de înjumătățire de 611 ± 0,8 s ). Măsurătorile precise ale parametrilor dezintegrarii beta neutronilor (durata de viață, corelații unghiulare între momentul particulelor și spinul neutronilor ) sunt esențiale pentru determinarea proprietăților interacțiunii slabe .

Dezintegrarea beta a neutronilor a fost prezisă de Frédéric Joliot-Curie în 1934 și descoperită în 1948-1950 independent de A. Snell , J. Robson și P. E. Spivak.

Canale rare de dezintegrare

Dezintegrarea beta radiativă a neutronului

În plus față de dezintegrarea unui neutron cu formarea unui proton, a unui electron și a unui antineutrin electron, ar trebui să aibă loc și un proces mai rar cu emisia unei dezintegrare beta cuantică  - radiativă gamma suplimentară (adică însoțită de radiație electromagnetică ) a unui neutron:

Teoria prezice că spectrul razelor gamma emise în timpul dezintegrarii radiative a unui neutron ar trebui să se situeze în intervalul de la 0 la 782 keV și să depindă de energia (în prima aproximare) ca E -1 . Din punct de vedere fizic, acest proces este bremsstrahlung-ul electronului emergent (și într-o măsură mai mică, protonului) [2] .

În 2005, acest proces prezis anterior a fost descoperit experimental [3] . Măsurătorile din această lucrare au arătat că canalul de dezintegrare radiativă este realizat cu o probabilitate de 0,32 ± 0,16% la o energie gamma-cuantică E γ > 35 keV . Acest rezultat a fost ulterior confirmat și rafinat semnificativ de un număr de alte grupuri experimentale; în special, colaborarea RDK II a constatat [2] că probabilitatea dezintegrarii cu emisie de raze gamma este (0,335 ± 0,005 stat ± 0,015 syst )% la E γ > 14 keV și (0,582 ± 0,023 stat ± 0,062 syst )% la 0, 4 keV < Ey < 14 keV . Aceasta coincide în cadrul erorii cu predicțiile teoretice (respectiv 0,308% și 0,515%).

Dezintegrarea beta a unui neutron într-o stare legată

De asemenea, trebuie să existe un canal pentru dezintegrarea unui neutron liber într-o stare legată - un atom de hidrogen

Acest canal a fost prezis în 1947 [4] , dar nu a fost încă observat: din experimente se știe doar că probabilitatea unei astfel de dezintegrare este mai mică de 3% ( durata de viață parțială a acestui canal depășește 3⋅10 4 s ) [ 5] . Teoretic, probabilitatea așteptată de dezintegrare într-o stare legată în raport cu probabilitatea totală de dezintegrare este 3,92⋅10 −6 [6] . Pentru a îndeplini legea conservării momentului unghiular , un electron legat trebuie să apară în starea S (cu moment orbital zero), inclusiv cu o probabilitate de ≈84% în starea fundamentală și 16% într-una dintre stările S excitate . a atomului de hidrogen [7] . Când se descompune într-un atom de hidrogen, aproape întreaga energie de descompunere, egală cu 782,33305 keV (cu excepția energiei cinetice foarte mici a atomului de recul, 325,7 eV [8] , și, în cazul dezintegrarii într-o stare atomică excitată, energia de excitație, care nu depășește 13, 6 eV) este transportată de un antineutrin electronic, iar starea de spin a atomului de hidrogen rezultat este legată de helicitatea antineutrinului emis. Dacă luăm direcția impulsului atomului de hidrogen din sistemul centrului de masă ca direcție pozitivă a axei z , atunci pentru proiecțiile s z ale spinilor celor patru fermioni implicați în dezintegrare (neutronul inițial și proton, electron și antineutrin rezultat) sunt posibile șase configurații [9] :

( n , p , e − , ν e ) : (↓↓↑↓), (↓↑↓↓), (↑↑↑↓), (↓↓↓↑), (↑↑↓↑), (↑↓) ↑↑),

în plus, primele trei sunt permise, iar ultimele trei sunt interzise de Modelul Standard, deoarece elicitatea antineutrinului în aceste cazuri ar fi corectă; probabilitățile de formare a configurațiilor 1, 2 și 3 depind de constantele de cuplare scalare, vectoriale, axiale și tensorale ale interacțiunii slabe (în teoria standard V − A , constantele scalare și tensorale sunt egale cu zero; numai superioare limitele acestora sunt stabilite experimental) [9] . Astfel, măsurătorile probabilităților relative ale diferitelor canale de spin ale dezintegrarii neutronilor beta într-o stare legată pot oferi informații despre fizică dincolo de Modelul standard (prezența curenților dreptaci, constantele de cuplare scalare și tensorale în interacțiunea slabă) [9] .

Vezi și

Note

  1. ↑ J. Beringer și colab. (Grupul de date despre particule), Phys. Rev. D86, 010001 (2012) http://pdg.lbl.gov/2012/tables/rpp2012-sum-baryons.pdf Arhivat 12 mai 2013 la Wayback Machine
  2. ↑ 1 2 Bales M. J. et al. (Colaborare RDK II). Măsurarea cu precizie a dezintegrarii radiative β a neutronului liber  // Scrisori de revizuire fizică  . - 2016. - Vol. 116 , nr. 24 . — P. 242501 . — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.116.242501 . - arXiv : 1603.00243 .
  3. ↑ Khafizov RU, Severijns N., Zimmer O., Wirth H.-F., Rich D., Tolokonnikov SV, Solovei VA, Kolhidashvili MR Observation of the neutron radioactive decay // Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters . - 2006. - Vol. 83. - P. 366. - ISSN 0021-3640 . - doi : 10.1134/S0021364006080145 . - arXiv : nucl-ex/0512001 .
  4. ↑ Daudel R., Jean M., Lecoin M. Sur la possibilité d'existence d'un type particulier de radioactivité phénomène de création e  (franceză)  // J. Phys. rază. - 1947. - Vol. 8 , livr. 8 . - P. 238-243 . - doi : 10.1051/jphysrad:0194700808023800 . Acces deschis
  5. ↑ Green K., Thompson D. The decay of the neutron to a hydrogen atom  // Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. - 1990. - T. 16 , nr. 4 . - S. L75-L76 . - doi : 10.1088/0954-3899/16/4/001 .
  6. ↑ Faber M. , Ivanov AN , Ivanova VA , Marton J. , Pitschmann M. , Serebrov AP , Troitskaya NI , Wellenzohn M. Continuum-state and bound-state β --decay rates of the neutron  (engleză)  // Physical Review C. - 2009. - Vol. 80 , nr. 3 . — P. 035503 . — ISSN 0556-2813 . - doi : 10.1103/PhysRevC.80.035503 . - arXiv : 0906.0959 .
  7. ↑ Dubbers D., Schmidt MG Neutronul și rolul său în cosmologie și fizica particulelor  //  Reviews of Modern Physics. - 2011. - Vol. 83 . - P. 1111-1171 . - doi : 10.1103/RevModPhys.83.1111 . - arXiv : 1105.3694 .
  8. ↑ Zhang Shuo, Wang Song-Lin, Zhou Jian-Rong, Wu Wen-Tao, Xia Jing-Kai, Zhang Rui-Tian, ​​​​Zhang Le (2022), Propunere de măsurare a dezintegrarii neutronilor cu două corpuri folosind microcalorimetru, arΧiv : 2210,02314 [hep-ex]. 
  9. ↑ 1 2 3 McAndrew J. și colab. Dezintegrarea beta legată a neutronului liber: BoB   // Physics Procedia . - 2014. - Vol. 51 . - P. 37-40 . — ISSN 1875-3892 . - doi : 10.1016/j.phpro.2013.12.009 .

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii