Рис. 2. Схема эксперимента амер. физиков М. Гольдхабера, Л. Гродзинса и С. Суньяра по измерению спиральности нейтрино. Радиоактивный препарат ¹⁵² E^um (J^p = 0^- ) 1 (где J — спин, p — чётность ядра) испускает в процессе К-захвата нейтрино. Образующееся возбуждённое ядро ¹⁵² Sm*(1^- ) испускает g-квант [превращаясь в ядро ¹⁵² Sm(0⁺ )], который, пройдя через магнитный анализатор 2 (представляющий собой намагниченное железо) для определения круговой поляризации -квантов, испытывает резонансное рассеяние на ядрах 152Sm(0+) 3. Условие резонанса выполняется только в том случае, если ядро Sm после испускания g-кванта имеет малый импульс отдачи, т. е. если нейтрино и g-квант испускаются в противоположных направлениях. В этом случае g-квант и нейтрино должны иметь одинаковый знак спиральности. Сцинтилляционный детектор Nal 4 считает число g-квантов N₊ и N_- , рассеянных при направлениях магнитного поля по и против движения нейтрино. Теоретическое значение (N_- — N₊ )/2(N_- + N₊ ) = +0,025 для левовинтовой и -0,025 для правовинтовых спиральностей нейтрино; экспериментальное значение равно +0,017 ± 0,003, что согласуется со 100%-ной левовинтовой спиральностью нейтрино, если учесть все возможные эффекты деполяризации g-квантов. (Свинцовая защита 5 предохраняет детектор 4 от прямого попадания g-квантов.)

Рис. 4. а — схема нейтринного телескопа, установленного в шахте Южной Индии на глубине около 2300 м : 1 — пластические сцинтилляционные элементы, площадью 1 м ² , каждый из которых просматривается двумя фотоумножителями 2; регистрируются четырёхкратные совпадения между парой фотоумножителей на одной стороне и любой парой — на другой; между сцинтилляторами установлено неск. слоев неоновых трубок 3 для фотографирования следов заряженных частиц, образованных нейтрино; 4 свинцовые поглотители толщиной 2,5 см ; б — случай неупругого взаимодействия нейтрино, пришедшего из нижней полусферы Земли; 5, 6 — следы, оставленные, по-видимому, мюоном и пи-мезоном, которые образовались внутри скалы при столкновении n_m с нуклоном.

Рис. 3. При отражении в зеркале (пространственной инверсии) левое нейтрино n_л переходит в несуществующее состояние правого нейтрино n_п (а). Реальное состояние получается при одновременном (с отражением) переходе от частицы к античастице, при этом n_л переходит в правое антинейтрино n_п (б).

Нейтрон

Нейтро'н (англ. neutron, от лат. neuter — ни тот, ни другой; символ n), нейтральная (не обладающая электрическим зарядом) элементарная частица со спином ¹ /₂ (в единицах постоянной Планка

) и массой, незначительно превышающей массу протона. Из протонов и Н. построены все ядра атомные . Магнитный момент Н. равен примерно двум ядерным магнетонам и отрицателен, т. е. направлен противоположно механическому, спиновому, моменту количества движения. Н. относятся к классу сильно взаимодействующих частиц (адронов) и входят в группу барионов, т. е. обладают особой внутренней характеристикой — барионным зарядом , равным, как и у протона (р), + 1. Н. были открыты в 1932 английским физиком Дж. Чедвиком , который установил, что обнаруженное немецкими физиками В. Боте и Г. Бекером проникающее излучение, возникающее при бомбардировке атомных ядер (в частности, бериллия) a-частицами, состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона.

  Н. устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободный Н. — нестабильная частица, распадающаяся на протон, электрон (е^- ) и электронное антинейтрино

:

среднее время жизни Н. t » 16 мин. В веществе свободные Н. существуют ещё меньше (в плотных веществах единицы — сотни мксек ) вследствие их сильного поглощения ядрами. Поэтому свободные Н. возникают в природе или получаются в лаборатории только в результате ядерных реакций (см. Нейтронные источники ). В свою очередь, свободный Н. способен взаимодействовать с атомными ядрами, вплоть до самых тяжёлых; исчезая, Н. вызывает ту или иную ядерную реакцию, из которых особое значение имеет деление тяжёлых ядер, а также радиационный захват Н., приводящий в ряде случаев к образованию радиоактивных изотопов. Большая эффективность Н. в осуществлении ядерных реакций, своеобразие взаимодействия с веществом совсем медленных Н. (резонансные эффекты, дифракционное рассеяние в кристаллах и т.п.) делают Н. исключительно важным орудием исследования в ядерной физике и физике твёрдого тела. В практических приложениях Н. играют ключевую роль в ядерной энергетике производстве трансурановых элементов и радиоактивных изотопов (искусственная радиоактивность), а также широко используются в химическом анализе (активационный анализ ) и в геологической разведке (нейтронный каротаж ).

  В зависимости от энергии Н. принята их условная классификация: ультрахолодные Н. (до 10^-7 эв ), очень холодные (10^-7 —10^-4 эв), холодные (10^-4 —5×10^-3 эв ), тепловые (5×10^-3 —0,5 эв), резонансные (0,5—10⁴ эв ), промежуточные (10⁴ —10⁵ эв ), быстрые (10⁵ —10⁸ эв ), высокоэнергичные (10⁸ —10¹⁰ эв ) и релятивистские (³ 10¹⁰ эв); все Н. с энергией до 10⁵ эв объединяют общим названием медленные нейтроны .

   О методах регистрации Н. см. Нейтронные детекторы .

  Основные характеристики нейтронов

  Масса . Наиболее точно определяемой величиной является разность масс Н. и протона: m_n — m_р = (1,29344 ± 0,00007) Мэв, измеренная по энергетическому балансу различных ядерных реакций. Из сопоставления этой величины с массой протона получается (в энергетических единицах)

m_n = (939,5527 ± 0,0052) Мэв;

это соответствует m_n » 1,6·10^-24 г, или m_n » 1840 m_е , где m_е — масса электрона.

  Спин и статистика. Значение ¹ /₂ для спина Н. подтверждается большой совокупностью фактов. Непосредственно спин был измерен в опытах по расщеплению пучка очень медленных Н. в неоднородном магнитном поле. В общем случае пучок должен расщепиться на 2J   + 1 отдельных пучков, где J — спин Н. В опыте наблюдалось расщепление на 2 пучка, откуда следует, что J = ¹ /₂ . Как частица с полуцелым спином, Н. подчиняется Ферми — Дирака статистике (является фермионом); независимо это было установлено на основе экспериментальных данных по строению атомных ядер (см. Ядерные оболочки ).

  Электрический заряд нейтрона Q = 0. Прямые измерения Q по отклонению пучка Н. в сильном электрическом поле показывают, что, по крайней мере, Q < 10^-17 e, где е — элементарный электрический заряд, а косвенные измерения (по электрической нейтральности макроскопических объёмов газа) дают оценку Q < 2·10^-22 е .