Neutronový beta rozpad

Neutron beta rozpad  - spontánní přeměna volného neutronu na proton s emisí β-částice (elektronu) a elektronového antineutrina :

Spektrum kinetické energie emitovaného elektronu leží v rozsahu od 0 do 782,318 keV . Životnost volného neutronu je 880,1 ± 1,1 sekundy [1] (odpovídá poločasu rozpadu 611 ± 0,8 s ). Přesná měření parametrů rozpadu beta neutronu (životnost, úhlové korelace mezi momentem hybnosti částic a spinem neutronu ) jsou zásadní pro stanovení vlastností slabé interakce .

Rozpad neutronu beta předpověděl Frédéric Joliot-Curie v roce 1934 a objevil jej v letech 1948-1950 nezávisle A. Snell , J. Robson a P. E. Spivak.

Vzácné rozpadové kanály

Radiační beta rozpad neutronu

Kromě rozpadu neutronu za vzniku protonu, elektronu a elektronového antineutrina by měl nastat i vzácnější proces s emisí dalšího gama kvanta  - radiační (tedy doprovázené elektromagnetickým zářením ) beta rozpad neutronu:

Teorie předpovídá, že spektrum gama paprsků emitovaných během radiačního rozpadu neutronu by mělo ležet v rozsahu od 0 do 782 keV a záviset na energii (v první aproximaci) jako E −1 . Z fyzikálního hlediska je tento proces brzdným zářením vznikajícího elektronu (a v menší míře protonu) [2] .

V roce 2005 byl tento dříve předpovězený proces experimentálně objeven [3] . Měření v této práci ukázala, že radiační rozpadový kanál je realizován s pravděpodobností 0,32 ± 0,16 % při gama-kvantové energii E γ > 35 keV . Tento výsledek byl následně potvrzen a významně zpřesněn řadou dalších experimentálních skupin; konkrétně spolupráce RDK II zjistila [2] , že pravděpodobnost rozpadu s emisí gama záření je (0,335 ± 0,005 stat ± 0,015 syst ) % při E γ > 14 keV a (0,582 ± 0,023 stat ± 0,062 syst ) % při syst . 0, 4 keV < E γ < 14 keV . To se shoduje v rámci chyby s teoretickými predikcemi (v tomto pořadí 0,308 % a 0,515 %).

Beta rozpad neutronu do vázaného stavu

Musí existovat také kanál pro rozpad volného neutronu do vázaného stavu - atom vodíku

Tento kanál byl předpovězen v roce 1947 [4] , ale dosud nebyl pozorován: z experimentů je známo pouze to, že pravděpodobnost takového rozpadu je menší než 3 % ( částečná životnost tohoto kanálu přesahuje 3⋅10 4 s ) [ 5] . Teoreticky je očekávaná pravděpodobnost rozpadu do vázaného stavu vzhledem k celkové pravděpodobnosti rozpadu 3,92⋅10 −6 [6] . Pro splnění zákona zachování momentu hybnosti musí vázaný elektron vzniknout v S -stavu (s nulovou orbitální hybností), včetně s pravděpodobností ≈84 % v základním stavu a 16 % v jednom z excitovaných S -stavů. atomu vodíku [7] . Při rozpadu na atom vodíku je téměř celá energie rozpadu rovna 782,33305 keV (kromě velmi malé kinetické energie atomu zpětného rázu, 325,7 eV [8] , a v případě rozpadu do excitovaného atomového stavu excitační energie nepřesahující 13,6 eV) je unášena elektronovým antineutrinem a spinový stav výsledného atomu vodíku souvisí s helicitou emitovaného antineutrina. Vezmeme-li směr hybnosti atomu vodíku v systému těžiště jako kladný směr osy z , pak pro průměty s z spinů čtyř fermionů zapojených do rozpadu (počáteční neutron a výsledný proton, elektron a antineutrino) je možných šest konfigurací [9] :

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

navíc první tři jsou povoleny a poslední tři jsou standardním modelem zakázány, protože helicita antineutrina by v těchto případech byla správná; pravděpodobnosti vzniku konfigurací 1, 2 a 3 závisí na skalárních, vektorových, axiálních a tenzorových vazebných konstantách slabé interakce (ve standardní teorii V − A jsou skalární a tenzorové konstanty rovny nule; pouze horní limity pro ně jsou experimentálně stanoveny) [9] . Měření relativních pravděpodobností různých spinových kanálů rozpadu neutronu beta do vázaného stavu tedy může poskytnout informace o fyzice nad rámec Standardního modelu (přítomnost pravotočivých proudů, skalární a tenzorové vazebné konstanty ve slabé interakci) [9] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ J. Beringer a kol. (Skupina údajů o částicích), Phys. Rev. D86, 010001 (2012) http://pdg.lbl.gov/2012/tables/rpp2012-sum-baryons.pdf Archivováno 12. května 2013 na Wayback Machine
  2. ↑ 1 2 Bales M. J. et al. (Spolupráce RDK II). Přesné měření radiačního rozpadu β volného neutronu  // Physical Review Letters  . - 2016. - Sv. 116 , č. 24 . — S. 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 Pozorování neutronového radioaktivního rozpadu // Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters . - 2006. - Sv. 83. - S. 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  (francouzsky)  // J. Phys. poloměr. - 1947. - Sv. 8 , livr. 8 . - str. 238-243 . - doi : 10.1051/jphysrad:0194700808023800 . Otevřený přístup
  5. ↑ Green K., Thompson D. Rozpad neutronu na atom vodíku  // Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. - 1990. - T. 16 , no. 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. Stav kontinua a vázaný stav β − - rychlosti rozpadu neutronu  (anglicky)  // Physical Review C. - 2009. - Sv. 80 , č. 3 . — S. 035503 . — ISSN 0556-2813 . - doi : 10.1103/PhysRevC.80.035503 . - arXiv : 0906.0959 .
  7. ↑ Dubbers D., Schmidt MG Neutron a jeho role v kosmologii a fyzice částic  //  Reviews of Modern Physics. - 2011. - Sv. 83 . - S. 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), Návrh na měření rozpadu dvou těles pomocí mikrokalorimetru, arΧiv : 2210.02314 [hep-ex]. 
  9. ↑ 1 2 3 McAndrew J. a kol. Vázaný beta-rozpad volného neutronu: BoB   // Physics Procedia . - 2014. - Sv. 51 . - str. 37-40 . — ISSN 1875-3892 . - doi : 10.1016/j.phpro.2013.12.009 .

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie