Атом

Ключевые различия между электроном и протоном

  • Электрон — это отрицательно заряженный компонент атома, тогда как протон — положительно заряженный компонент.
  • Электроны находятся вне ядра в орбитальных оболочках. Протоны вместе с нейтронами образуют ядро атома и находятся в центре атомных ядер.
  • Электроны очень подвижны, поскольку они присутствуют в орбитах атомов и могут легко их покидать при подаче внешней энергии. Однако, поскольку протон присутствует в ядре атома, он не подвижен и не может покидать ядро, в отличии от электрона, который находится на орбите.
  • Полярность электронов отрицательна, а протона положительна.
  • Масса протона в 2000 раз больше массы электрона. Как правило, масса электрона составляет 9,1 · 10-31 кг, а масса протона — 1,67 · 10-27 кг.
  • «Добавление и удаление» электронов в атом происходит довольно легко при подаче внешней энергии из-за того, что они находятся на орбитах, а не в ядре. Добавление и удаление протонов — задача не из легких и требует большого количества энергии.

Примечания и ссылки

  1. Морис Джейкоб, В основе материи: физика элементарных частиц , Одиллия Джейкоб ,2001 г., 400  с. , стр.  37.
  2. ↑ и .
  3. ↑ и CODATA 2010
  4. ↑ и (en)
  5. (in)
  6. (in) «  Уильям Дрейпер Харкинс | Американский химик  » , Британская энциклопедия , обновление 2018 г.
  7. (in) Патрик Коффи , Соборы науки: личности и соперничество, которые создали современную химию , Oxford University Press ,29 августа 2008 г., 400  с.
  8. (in) Лори М. Браун , «  Идея нейтрино  » , Physics Today , Vol.  31, п о  9,1978 г., стр.  23 ( DOI   , Bibcode   )
  9. (in) Фридлендер Г. Кеннеди и Миллер Дж. У. Дж. М. (1964) Ядерная и радиохимия (2-е издание), Wiley, p.  22–23 и 38–39
  10. Действительно, протон и нейтрон считались «элементарными частицами» до 1960-х годов, когда мы признали, что протон и нейтрон состоят из трех кварков каждый.
  11. Жан-Луи Дестуш Современное состояние теории нейтронов, Париж, 1932 г.

Электронная схема серебра

Короткая запись: Ag: 5s 1 4d 10

Порядок заполнения оболочек атома серебра (Ag) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14

Серебро имеет 47 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

6 электронов на 3p-подуровне

2 электрона на 4s-подуровне

10 электронов на 3d-подуровне

6 электронов на 4p-подуровне

1 электрон на 5s-подуровне

10 электронов на 4d-подуровне

Измерение

Вскоре после того, как нейтрон был открыт в 1932 году, косвенные свидетельства предполагали, что нейтрон имел неожиданное ненулевое значение магнитного момента. Попытки измерить магнитный момент нейтрона начались с открытия Отто Штерном в 1933 году в Гамбурге, что протон имеет аномально большой магнитный момент. Магнитный момент протона был определен путем измерения отклонения пучка молекулярного водорода магнитным полем. В 1943 году Стерн получил за это открытие Нобелевскую премию.

К 1934 году группы под руководством Стерна, ныне находящегося в Питтсбурге , и И. И. Раби в Нью-Йорке независимо измерили магнитные моменты протона и дейтрона . Измеренные значения для этих частиц были только в приблизительном соответствии между группами, но группа Раби подтвердила более ранние измерения Штерна, согласно которым магнитный момент для протона был неожиданно большим. Поскольку дейтрон состоит из протона и нейтрона с выровненными спинами, магнитный момент нейтрона может быть вычислен путем вычитания магнитных моментов дейтрона и протона. Полученное значение отличалось от нуля и имело знак, противоположный знаку протона.

Значения магнитного момента нейтрона были также определены Р. Бахером в Анн-Арборе (1933 г.) и И. Ю. Таммом и С. А. Альтшулером в Советском Союзе (1934 г.) на основе исследований сверхтонкой структуры атомных спектров. Хотя оценка Тамма и Альтшулера имела правильный знак и порядок величины ( μ n =-0,5  μ N ), то результат был встречен скептически. К концу 1930-х точные значения магнитного момента нейтрона были получены группой Раби с использованием измерений с использованием недавно разработанныхметодов ядерного магнитного резонанса . Большое значение магнитного момента протона и предполагаемое отрицательное значение магнитного момента нейтрона были неожиданными и не могли быть объяснены. Аномальные значения магнитных моментов нуклонов оставались загадкой до тех пор, покав 1960-х годах не была разработана модель кварков .

Уточнение и развитие измерений Раби привело к открытию в 1939 г., что дейтрон также обладает электрическим квадрупольным моментом . Это электрическое свойство дейтрона мешало измерениям группы Раби. Это открытие означало, что физическая форма дейтрона не была симметричной, что дало ценную информацию о природе ядерных сил, связывающих нуклоны. Раби был удостоен Нобелевской премии в 1944 году за свой резонансный метод регистрации магнитных свойств атомных ядер.

Значение магнитного момента нейтрона было впервые непосредственно измерено Луисом Альваресом и Феликсом Блохом в Беркли , Калифорния, в 1940 году. Используя расширение методов магнитного резонанса, разработанных Раби, Альваресом и Блохом, мы определили, что магнитный момент нейтрона равен μ n знак равно-1,93 (2)  μ N . Непосредственно измеряя магнитный момент свободных нейтронов или отдельных нейтронов, свободных от ядра, Альварес и Блох разрешили все сомнения и двусмысленность в отношении этого аномального свойства нейтронов.

Описание

Принципиальная схема, изображающая спин нейтрона в виде черной стрелки и силовые линии магнитного поля, связанные с отрицательным магнитным моментом нейтрона. На этой диаграмме нейтрон направлен вверх, но силовые линии магнитного поля в центре диполя направлены вниз.

Наилучшим доступным измерением магнитного момента нейтрона является μ n =-1,913 042 72 (45)  μ N . Здесь μ N — ядерный магнетон , физическая постоянная и стандартная единица для магнитных моментов ядерных компонентов. В единицах СИ , μ п =−9,662 3647 (23) × 10 −27  Дж / Тл . Магнитный момент — это векторная величина, а направление магнитного момента нейтрона определяется его спином. Крутящий момент на нейтронерезультате внешнего магнитного поля является выравниваниемнаправлению вектора спина нейтрона обратного к вектору магнитного поля.

Ядерный магнетон является спиновым магнитным моментом из дираковской частицы , заряженный, спин12элементарная частица с массой протона m p . В единицах СИ ядерный магнетон равен

μNзнак равноеℏ2мп,{\ displaystyle \ mu _ {\ mathrm {N}} = {{e \ hbar} \ over {2m _ {\ mathrm {p}}}},}

где е есть элементарный заряд и ħ является приведенная постоянная Планка . Магнитный момент этой частицы параллелен ее спину. Поскольку нейтрон не имеет заряда, согласно этому выражению, у него не должно быть магнитного момента. Ненулевой магнитный момент нейтрона указывает на то, что это не элементарная частица. Знак магнитного момента нейтрона — знак отрицательно заряженной частицы. Аналогично, тот факт, что магнитный момент протона , μ p =2,793  μ N , не равен 1  μ N указываетчто она тоже не является элементарной частицей. Протоны и нейтроны состоят из кварков , и магнитные моменты кварков можно использовать для вычисления магнитных моментов нуклонов.

Хотя нейтрон взаимодействует с нормальной материей в основном посредством ядерных или магнитных сил, магнитные взаимодействия примерно на семь порядков слабее ядерных взаимодействий. Таким образом, влияние магнитного момента нейтрона очевидно только для низкоэнергетических или медленных нейтронов. Поскольку значение для магнитного момента обратно пропорционально массе частицы, ядерный магнетон составляет около 1 / 2000 , как большая , как магнетон Бора . Следовательно, магнитный момент электрона примерно в 1000 раз больше, чем у нейтрона.

Магнитный момент антинейтрона такой же, как и у нейтрона, но имеет противоположный знак.

2 Магнитный момент нейтрона

В противовес квантовой теории полевая теория элементарных частиц утверждает, что магнитные поля элементарных частиц не создаются спиновым вращение электрический зарядов, а существуют одновременно с постоянным электрическим полем как постоянная составляющая электромагнитного поля. Поэтому магнитные поля есть у всех элементарных частиц с квантовым числом L>0.

Полевая теория элементарных частиц не считает магнитный момент нейтрона аномальным — его величина определяется набором квантовых чисел в той степени, в какой квантовая механика работает в элементарной частице.

Так магнитный момент нейтрона создается током:

(0) с магнитным моментом -1 eħ/m 0n c

Индивидуальные доказательства

  1. Информация о свойствах частиц (информационное окно), если не указано иное, взята из публикации Рабочей группы CODATA по фундаментальным константам : Цифры в скобках обозначают погрешность в последних цифрах значения; эта погрешность дается как указанного числового значения от фактического значения.
  2. K. Wirtz, KH Beckurts: Elementare Neutronenphysik . Springer, 1958, стр. 2
  3. RW Pattie Jr. и др.: Измерение времени жизни нейтрона с использованием магнито-гравитационной ловушки и обнаружения на месте . В: Science Vol. 360, 2018, p. 627, DOI: 10.1126 / science.aan8895
  4. Натали Вулховер: Амбивалентная стабильность нейтрона , в Spektrum der Wissenschaft , выпуск 5/2018, Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg, стр. 26–28.
  5. EB Paul: Ядерная физика и физика элементарных частиц . Северная Голландия, 1969, стр. 151-152.
  6. ^ Артур И. Миллер (ред.): Ранняя квантовая электродинамика. Справочник. Cambridge University Press, 1995. ISBN 9780521568913 . Сноска 48.
  7. Нильс Виберг (Ред.): Учебник неорганической химии Учебник неорганической химии. Вальтер де Грюйтер 2007 (102-е издание). ISBN 9783110206845 . DOI : стр. 83
  8. Джеймс Чедвик: возможное существование нейтрона . В кн . : Природа

[править] Стабильность нейтрона и бета-распад

Если нейтрон находится за пределами ядра (свободный нейтрон), он является нестабильным и его время жизни составляет 885.7 ± 0.8 секунд (около 15 минут), при этом, чтобы стать протоном, нейтрон выпускает электрон и антинейтрин: \hbox{n}\to\hbox{p}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_{\mathrm{e}}. Этот вид распада, известный как бета-распад, возможен также и для нейтрона, что находится внутри нестабильных ядер.

Протоны, содержащиеся внутри ядра, также могут трансформироваться в нейтроны путем бета-распада. В этом случае, превращение сопровождается эмиссией позитронов (антиэлектрона) и нейтрино (вместо антинейтрина): \hbox{p}\to\hbox{n}+\hbox{e}^{+}+{\nu}_{\mathrm{e}}. Превращение протона в нейтрон внутри ядра возможно и путем захвата электрона (электронный захват): \hbox{p}+\hbox{e}^{-}\to\hbox{n}+{\nu}_{\mathrm{e}}. Захват нейтронов позитронов в ядрах (позитронный захват), что имеют избыточные нейтроны, также возможен, однако маловероятен, ведь позитроны отталкиваются ядрами, и, более того, быстро аннигилируют, когда встречают отрицательные электроны.

Если нейтроны удерживаются внутри ядра, неустойчивость отдельного нейтрона уравновешивается неустойчивостью, которой будет обладать атом в целом, если возникнет дополнительный протон, который вступит во взаимодействие отталкивания с другими протонами, которые уже существовали в ядре. Поэтому, когда свободные нейтроны являются нестабильными, связанные нейтроны необязательно являются неустойчивыми. Аналогичным образом можно объяснить, почему протоны, которые являются стабильными в пустом пространстве, могут превращаться в нейтроны, когда находятся в ядре.

Бета-распад и электронный захват являются типами радиоактивного распада и оба происходят благодаря слабому взаимодействию.

5 Время жизни нейтрона

Установленное физикой время жизни 880 секунд соответствует свободному нейтрону.

Полевая теория элементарных частиц утверждает, что время жизни элементарной частицы зависит от условий, в которых она находится. Поместив нейтрон во внешнее поле (например, магнитное) мы изменяем энергию, содержащуюся в его электромагнитном поле. Можно выбрать направление внешнего поля так, чтобы внутренняя энергия нейтрона уменьшилась. В результате при распаде нейтрона выделится меньше энергии, что затруднит распад и увеличит время жизни элементарной частицы. Можно подобрать такую величину напряженности внешнего поля, что распад нейтрона будет требовать дополнительной энергии и, следовательно, нейтрон станет стабильным. Именно это наблюдается в атомных ядрах (например, дейтерия), в них магнитное поле соседних протонов не допускает распад нейтронов ядра. В прочем при внесении в ядро дополнительной энергии распады нейтронов вновь могут стать возможными.

Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы

Между нуклонами ядра действуют самые мощные силы природы – ядерные силы.

Ядерные силы – это силы притяжения, связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре и обеспечивающие существование устойчивых ядер.

Свойства ядерных сил:

  • являются силами притяжения;
  • являются короткодействующими силами (действуют на малых расстояниях, не превышающих 2·10-15 м; на таком расстоянии ядерные силы больше кулоновских приблизительно в 100 раз);
  • обладают свойством зарядовой независимости (ядерные силы, действующие между двумя протонами, двумя нейтронами и между протоном и нейтроном, одинаковы);
  • имеют свойство насыщения (каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов, а не со всеми нуклонами ядра);
  • не являются центральными (не действуют по линии, соединяющей центры взаимодействующих нуклонов).

Массу ядра можно точно определить с помощью масс-спектрографов, которые разделяют заряженные частицы с разными удельными зарядами с помощью электрических и магнитных полей.

Опытным путем было установлено, что благодаря действию сил притяжения масса ядра всегда меньше суммы масс протонов и масс нейтронов, входящих в состав этого ядра:

где ​\( M \)​ – масса ядра.

Дефект масс – это величина, равная разности суммы масс входящих в ядро нуклонов и массы ядра:

где ​\( \Delta m \)​ – дефект масс.

Благодаря ядерным силам ядра атомов обладают огромной энергией связи.

Энергия связи – это энергия, которую необходимо затратить, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны, или энергия, которая выделяется при образовании ядра из отдельных нуклонов:

где ​\( \Delta E_{св} \)​ – энергия связи, ​\( c \)​ – скорость света.

Если в формуле энергии связи массы протона и нейтрона выражены в килограммах, а скорость света – в метрах в секунду, то энергия связи будет измерена в джоулях. Однако в физике атома и атомного ядра энергию ядер и элементарных частиц чаще выражают в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Энергетический эквивалент 1 а.е.м.

Поэтому энергию связи можно рассчитать следующим образом:

В этом случае энергия связи измеряется в мегаэлектронвольтах (МэВ).

Для характеристики прочности ядра используется величина, которая называется удельной энергией связи.

Удельная энергия связи – это энергия связи ядра, приходящаяся на один нуклон ядра:

где ​\( A \)​ – массовое число.

Удельная энергия связи неодинакова для разных химических элементов и даже для изотопов одного и того же химического элемента. Удельная энергия связи нуклона в ядре меняется в среднем в пределах от 1 МэВ у легких ядер до 8,6 МэВ у ядер средней массы (с массовым числом ​\( A \)​ ≈ 100). У тяжелых ядер (​\( A \)​ ≈ 200) удельная энергия связи нуклона меньше, чем у ядер средней массы, приблизительно на 1 МэВ, так что их превращение в ядра среднего веса (деление на 2 части) сопровождается выделением энергии в количестве около 1 МэВ на нуклон, или около 200 МэВ на ядро. Превращение легких ядер в более тяжелые ядра дает еще больший энергетический выигрыш в расчете на нуклон.

Зависимость удельной энергии связи от массового числа установили экспериментально. Из рисунка хорошо видно, что, не считая самых легких ядер, удельная энергия связи примерно постоянна и равна 8 МэВ/нуклон. Отметим, что энергия связи электрона и ядра в атоме водорода, равная энергии ионизации, почти в миллион раз меньше этого значения. Кривая на рисунке имеет слабо выраженный максимум. Максимальную удельную энергию связи (8,6 МэВ/нуклон) имеют элементы с массовыми числами от 50 до 60, т. е. железо и близкие к нему по порядковому номеру элементы. Ядра этих элементов наиболее устойчивы.

У тяжелых ядер удельная энергия связи уменьшается за счет возрастающей с увеличением ​\( Z \)​ кулоновской энергии отталкивания протонов. Кулоновские силы стремятся разорвать ядро.

Электронное строение атома серебра

Атом серебра состоит из положительно заряженного ядра (+47), внутри которого есть 47 протонов и 61 нейтрон, а вокруг, по пяти орбитам движутся 42\7 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома серебра.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

Валентными электронами атома серебра считаются электроны, расположенные на 4d— и 5s-орбиталях. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Валентные электроны атома серебра можно охарактеризовать набором из четырех квантовых чисел: n (главное квантовое), l (орбитальное), ml (магнитное) и s (спиновое):

Предпосылки открытия нейтрона

Теоретическое существование нейтрона в физике было предложено еще в 1920 году Эрнестом Резерфордом, который пытался таким образом объяснить, почему атомные ядра не разваливаются из-за электромагнитного отталкивания протонов.

Еще раньше, в 1909 году в Германии, Боте и Беккер установили, что если альфа-частицами больших энергий от полония облучать легкие элементы, например, бериллий, бор или литий, то образуется излучение, которое проходит через любую толщину различных материалов. Они предположили, что это излучение гамма, однако ни одно подобное излучение, известное на тот момент, не обладало такой большой проникающей способностью. Эксперименты Боте и Беккера не были интерпретированы должным образом.

[править] Общая характеристика строения атома

Современные представления о строении атома базируются на квантовой механике. На популярном уровне строение атома можно изложить в рамках волновой модели, которая опирается на модель Бора и дополнительные заявления квантовой механики.

  • Атомы состоят из элементарных частиц (протонов, электронов, и нейтронов). Масса атома в основном сосредоточена в ядре, поэтому большая часть объема относительно пуста. Ядро окружено электронами. Количество электронов равно количеству протонов в ядре, количество протонов определяет порядковый номер элемента в периодической системе. В нейтральном атоме суммарный отрицательный заряд электронов равен положительному заряду протонов. Атомы одного элемента с разным количеством нейтронов называются изотопами.
  • В центре атома находится крошечное, положительно заряженное ядро, состоящее из протонов и нейтронов.

Ядро атома примерно в 100 000 раз меньше, чем сам атом. Таким образом, если увеличить атом до размеров аэропорта Борисполь, размер ядра будет меньше размера шарика для настольного тенниса.

  • Ядро окружено электронным облаком, которое занимает большую часть его объема. В электронном облаке можно выделить оболочки, для каждой из которых существует несколько возможных орбиталей. Заполненные орбитали составляют электронную конфигурацию, характерную для каждого химического элемента.
  • Каждая орбиталь может содержать до двух электронов, характеризующихся тремя квантовыми числами: основным, орбитальным и магнитным.
  • Каждый электрон на орбитали имеет уникальное значение четвертого квантового числа: спина.

Орбитали определяются специфическим распределением вероятности того, где именно можно найти электрон. Примеры орбиталей и их обозначения приведены на рисунке справа. «Границей» орбитали считается расстояние, на котором вероятность того, что электрон может находиться вне ее, меньше 90 %.

  • Каждая оболочка может содержать не больше строго определенного числа электронов. Например, ближайшая к ядру оболочка может иметь максимум два электрона, следующая — 8, третья от ядра — 18.
  • Когда электроны присоединяются к атому, они занимают орбиталь с низкой энергией. Только электроны внешней оболочки могут участвовать в образовании межатомных связей. Атомы могут отдавать и присоединять электроны, становясь положительно или отрицательно заряженными ионами.
  • Химические свойства элемента определяются тем, с какой легкостью ядро ​​может отдавать или получать электроны. Это зависит как от числа электронов, так и от степени заполненности внешней оболочки.

Электронные оболочки и орбитали

Сложные атомы имеют десятки, а для очень тяжелых элементов, даже сотни электронов. Электронные состояния атомов формируются всеми электронами, и невозможно определить, где находится каждый из них. Однако, в так называемом одноэлектронном приближении, можно говорить об определенных энергетических состояниях отдельных электронов.

Согласно этим представлениям существует определенный набор орбиталей, которые заполняются электронами атома. Эти орбитали образуют определенную электронную конфигурацию. На каждой орбитали может находиться не более чем два электрона (принцип исключения Паули). Орбитали группируются в оболочки, каждая из которых может иметь лишь определенное фиксированное количество орбиталей (1, 4, 10 и т. д.). Орбитали разделяют на внутренние и внешние. В основном состоянии атома внутренние оболочки полностью заполнены электронами.

На внутренних орбиталях электроны сильно связаны с ядром. Чтобы вырвать электрон из внутренней орбитали, нужно предоставить ему большую энергию, до нескольких тысяч электрон-вольт. Такую энергию электрон на внутренней оболочке может получить только поглотив квант рентгеновского излучения. Энергии внутренних оболочек атомов индивидуальные для каждого химического элемента, а потому по спектру рентгеновского поглощения можно идентифицировать атом. Эту индивидуальность используют в некоторых методах рентгеновской спектроскопии, в частности в рентгенофлуоресцентном анализе, рентгеновской спектроскопии поглощения, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

На внешней оболочке электроны находятся на большем расстоянии от ядра и слабее связаны с ним. Именно эти электроны участвуют в формировании химических связей, поэтому внешнюю оболочку называют валентной, а электроны внешней оболочки — валентными электронами.

Роль нейтрона в делении ядра урана

Если задаваться вопросом, что такое нейтрон в ядерной энергетике, то можно с уверенностью сказать, что это средство индуцирования процесса деления ядра урана, сопровождаемое выделением большой энергии. Во время этой реакции деления также порождаются нейтроны различных скоростей. В свою очередь образованные нейтроны индуцируют распад других ядер урана, и реакция протекает цепным образом.

Если реакция деления урана будет неконтролируемой, то это приведет к взрыву реакционного объема. Данный эффект используется в ядерных бомбах. Контролируемая реакция деления урана является источником энергии в ядерных электростанциях.

Физическое значение

Направление ларморовской прецессии нейтрона. Центральная стрелка обозначает магнитное поле, маленькая красная стрелка — спин нейтрона.

Когда нейтрон помещается в магнитное поле, создаваемое внешним источником, он подвергается воздействию крутящего момента, стремящегося ориентировать его магнитный момент параллельно полю (следовательно, его спин антипараллелен полю). Как и у любого магнита, величина этого крутящего момента пропорциональна как магнитному моменту, так и внешнему магнитному полю. Поскольку у нейтрона есть спиновый угловой момент, этот крутящий момент заставит нейтрон прецессировать с четко определенной частотой, называемой частотой Лармора . Именно это явление позволяет измерять ядерные свойства посредством ядерного магнитного резонанса. Частота Лармора может быть определена как произведение гиромагнитного отношения на напряженность магнитного поля. Поскольку знак γ n отрицательный, вращательный момент нейтрона прецессирует против часовой стрелки относительно направления внешнего магнитного поля.

Взаимодействие магнитного момента нейтрона с внешним магнитным полем было использовано, чтобы окончательно определить спин нейтрона. В 1949 году Хьюз и Берджи измерили нейтроны, отраженные от ферромагнитного зеркала, и обнаружили, что угловое распределение отражений соответствует спину 1/2. В 1954 году Шервуд, Стефенсон и Бернштейн использовали нейтроны в эксперименте Штерна-Герлаха , в котором для разделения спиновых состояний нейтронов использовалось магнитное поле. Они зарегистрировали два таких спиновых состояния, соответствующих частице со спином 1/2. До этих измерений нельзя было исключить возможность того, что нейтрон был частицей со спином 3/2.

Поскольку нейтроны являются нейтральными частицами, им не нужно преодолевать кулоновское отталкивание при приближении к заряженным целям, как это происходит с протонами или альфа-частицами . Нейтроны могут глубоко проникать в вещество. Поэтому магнитный момент нейтрона использовался для исследования свойств вещества с помощью методов рассеяния или дифракции . Эти методы предоставляют информацию, дополняющую рентгеновскую спектроскопию . В частности, магнитный момент нейтрона используется для определения магнитных свойств материалов на масштабах от 1 до 100  Å с использованием холодных или тепловых нейтронов. Бертрам Брокхаус и Клиффорд Шулл получили Нобелевскую премию по физике в 1994 году за разработку этих методов рассеяния.

Без электрического заряда нейтронными пучками нельзя управлять обычными электромагнитными методами, используемыми в ускорителях частиц . Магнитный момент нейтрона позволяет контролировать нейтроны с помощью магнитных полей , однако, включая формирование пучков поляризованных нейтронов. Один метод основан на том факте, что холодные нейтроны будут отражаться от некоторых магнитных материалов с большой эффективностью, когда они рассеиваются под малыми углами скольжения. Отражение предпочтительно выбирает определенные спиновые состояния, таким образом поляризуя нейтроны. Магнитные зеркала и направляющие нейтронов используют это явление полного внутреннего отражения для управления пучками медленных нейтронов.

Поскольку атомное ядро ​​состоит из связанного состояния протонов и нейтронов, магнитные моменты нуклонов вносят вклад в ядерный магнитный момент или магнитный момент для ядра в целом. Ядерный магнитный момент также включает вклады орбитального движения нуклонов. Дейтронов имеет простейший пример ядерного магнитного момента, с измеренным значением 0,857  мкм N . Это значение находится в пределах 3% от суммы моментов протона и нейтрона, что дает 0,879  μ N . В этом расчете спины нуклонов выровнены, но их магнитные моменты смещены из-за отрицательного магнитного момента нейтрона.

Магнитный дипольный момент может быть создан либо токовой петлей (вверху; ампер), либо двумя магнитными монополями (внизу; гильбертов). Магнитный момент нейтрона — амперский.

6 Новая физика: Нейтрон (элементарная частица) — итог

Стандартная модель (опущенная в данной статье, но которая в 20 веке претендовала на истину) утверждает, что нейтрон является связанным состоянием трёх кварков: одного «верхнего» (u) и двух «нижних» (d) кварков (предполагаемая кварковая структура нейтрона: udd). Поскольку наличие кварков в природе экспериментально не доказано, электрический заряд, равный по величине заряду гипотетических кварков в природе не обнаружен, а имеются лишь косвенные свидетельства, которые можно интерпретировать как наличие следов кварков в некоторых взаимодействиях элементарных частиц, но можно и интерпретировать иначе, то утверждение Стандартной модели, что нейтрон обладает кварковой структурой остается всего лишь бездоказательным предположением. Любая модель, в том числе и Стандартная вправе предположить любую структуру элементарных частиц включая нейтрона, но пока на ускорителях не будут обнаружены соответствующие частицы, из которых якобы состоит нейтрон, утверждение модели следует считать не доказанным.

Стандартная модель, описывая нейтрон, вводит не найденные в природе кварки с глюонами (глюоны тоже никто не нашел), не существующие в природе поля и взаимодействия и вступает в противоречие с законом сохранения энергии;

Полевая теория элементарных частиц (Новая физика) описывает нейтрон исходя из существующих в природе полей и взаимодействий в рамках, действующих в природе законов — в этом и заключается НАУКА.

Владимир Горунович