WikiSort.ru - Не сортированное

Бе́та-распа́д нейтро́на — спонтанное превращение свободного нейтрона в протон с излучением β-частицы (электрона) и электронного антинейтрино:

${\displaystyle {}_{0}^{1}n\to {}_{1}^{1}p+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.}$

Спектр кинетической энергии излучаемого электрона лежит в диапазоне от 0 до 782,318 кэВ. Время жизни свободного нейтрона составляет 880,1 ± 1,1 секунды^[1] (что соответствует периоду полураспада 611 ± 0,8 с). Прецизионные измерения параметров бета-распада нейтрона (время жизни, угловые корреляции между импульсами частиц и спином нейтрона) имеют важное значение для определения свойств слабого взаимодействия.

Бета-распад нейтрона был предсказан Фредериком Жолио-Кюри в 1934 и открыт в 1948—1950 независимо А. Снеллом, Дж. Робсоном и П. Е. Спиваком.

Редкие каналы распада

Кроме распада нейтрона с образованием протона, электрона и электронного антинейтрино, должен происходить также более редкий процесс с излучением дополнительного гамма-кванта — радиативный (то есть сопровождающийся электромагнитным излучением) бета-распад нейтрона:

${\displaystyle {}_{0}^{1}n\to {}_{1}^{1}p+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+\gamma .}$

Теория предсказывает, что спектр гамма-квантов, излучающихся при радиативном распаде нейтрона, должен лежать в диапазоне от 0 до 782 кэВ и зависеть от энергии (в первом приближении) как E⁻¹. С физической точки зрения, этот процесс представляет собой тормозное излучение образующегося электрона (и в меньшей степени — протона)^[2].

В 2005 году этот ранее предсказанный процесс был обнаружен экспериментально^[3]. Измерения в этой работе показали, что радиативный канал распада реализуется с вероятностью 0,32 ± 0,16 % при энергии гамма-кванта E_γ > 35 кэВ. Этот результат впоследствии был подтверждён и значительно уточнён рядом других экспериментальных групп; в частности, коллаборация RDK II установила^[2], что вероятность распада с вылетом гамма-кванта составляет (0,335 ± 0,005^stat ± 0,015^syst) % при E_γ > 14 кэВ и (0,582 ± 0,023^stat ± 0,062^syst) % при 0,4 кэВ < E_γ < 14 кэВ. Это совпадает в пределах ошибок с теоретическими предсказаниями (соответственно 0,308 % и 0,515 %).

Должен существовать также канал распада свободного нейтрона в связанное состояние — атом водорода ${\displaystyle ({}_{1}^{1}p+e^{-}={}^{1}\mathrm {H} ):}$

${\displaystyle {}_{0}^{1}n\to {}^{1}\mathrm {H} +{\bar {\nu }}_{e}.}$

Однако из экспериментов известно лишь, что вероятность такого распада меньше 3 % (парциальное время жизни по этому каналу превышает 3⋅10⁴ с)^[4]. Теоретически ожидаемая вероятность распада в связанное состояние по отношению к полной вероятности распада равна 3,92⋅10^−6[5]. Связанный электрон для выполнения закона сохранения углового момента должен возникать в S-состоянии (с нулевым орбитальным моментом), в том числе с вероятностью ≈84 % — в основном состоянии, и 16 % — в одном из возбуждённых S-состояний атома водорода^[6]. При распаде в атом водорода почти вся энергия распада, 782,33305 кэВ (за исключением очень малой кинетической энергии атома отдачи) уносится электронным антинейтрино.

См. также

• Бета-распад
• Распад протона

Примечания

Литература

• Маляров В. В. Основы теории атомного ядра. — М: Физматлит, 1959. — 471 с. — 18 000 экз.
• Б. Г. Ерозолимский (1975). “Бета-распад нейтрона”. Успехи физических наук. 116 (1): 145—164.
• Бета-распад нейтрона (статья в «Физической энциклопедии»).
• Компиляция свойств нейтрона Particle Data Group

Это заготовка статьи по физике. Вы можете помочь проекту, дополнив её.