Neutrone
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
| Neutrone | |
|---|---|
 Modello a quark del neutrone |
|
| Classificazione: | barione |
| Composizione: | 1 up, 2 down |
| Famiglia: | Fermione |
| Interazione: | Gravità, Elettromagnetica, Debole, Forte |
| Antiparticella: | Antineutrone |
| Scoperta: | James Chadwick (1932) |
| Simbolo: | n |
| Massa: | 1,674 927 29(28) × 10−27 kg
1,00898 u |
| Spin: | ½ |
In fisica, il neutrone è una particella subatomica senza carica elettrica e con massa a riposo di 939,57 MeV (leggermente superiore a quella del protone, pari a 938,27 MeV).
I nuclei atomici degli elementi (ad eccezione del più comune isotopo dell'idrogeno, che consiste di un singolo protone) sono composti da protoni e neutroni.
Al di fuori del nucleo, i neutroni sono instabili ed hanno una emivita di circa 15 minuti. Decadono in un protone, emettendo un elettrone e un antineutrino, secondo la reazione:
Lo stesso tipo di decadimento (decadimento beta) si verifica in alcuni nuclei. I protoni all'interno del nucleo si trasformano continuamente in neutroni e viceversa, mediante l'emissione e l'assorbimento di pioni. Il neutrone è classificato come barione, ed è costituito da due quark down e un quark up.
Indice |
[modifica] Le caratteristiche dei neutroni
La caratteristica dei neutroni, che li differenzia dalle altre particelle subatomiche, è l'assenza di carica elettrica. Questa proprietà dei neutroni, che ne ritardò la scoperta, li rende molto penetranti e difficili da osservare direttamente.
Le particelle cariche (come i protoni, gli elettroni e le particelle alfa) perdono energia quando passano attraverso la materia, a causa delle forze elettromagnetiche che ionizzano gli atomi con cui tali particelle si trovano a interagire. Il neutrone risente soltanto marginalmente di queste forze, mentre è soggetto all'azione della forza nucleare forte, che però ha un corto raggio d'azione ed è efficace soltanto se il neutrone si trova molto vicino ad un nucleo. Di conseguenza, un neutrone libero prosegue il suo tragitto sostanzialmente indisturbato fino a quando non urta "frontalmente" con un nucleo. A causa della ridotta sezione trasversale dei nuclei, queste collisioni avvengono molto raramente e i neutroni percorrono grandi distanze prima di collidere.
Nel caso di una collisione di tipo elastico, il nucleo colpito è messo in movimento dal neutrone, con una velocità che è relativamente bassa se si tratta di un nucleo pesante; nel caso si tratti di un protone (che ha una massa approssimativamente pari a quella del neutrone), esso viene proiettato in avanti con una frazione significativa della velocità originaria del neutrone, che a sua volta rallenta. I nuclei messi in moto mediante queste collisioni sono carichi, producono ionizzazione e possono essere facilmente rilevati sperimentalmente.
L'assenza di carica del neutrone, lo rende non solo difficile da rilevare, ma anche difficile da controllare. Le particelle cariche possono essere accelerate, decelerate e deflesse da campi elettrici o magnetici, che però non hanno praticamente effetto sui neutroni. Inoltre, i neutroni liberi possono essere ottenuti solo dalla disintegrazione del nucleo; non ne esiste una sorgente naturale. L'unico mezzo per controllare i neutroni liberi è quello di porre dei nuclei sulla loro traiettoria, in modo che i neutroni vengano rallentati, deflessi o assorbiti nella collisione. Questi effetti sono di grande importanza nei reattori e nelle armi nucleari.
[modifica] Storia
Nel 1930, in Germania, Walther Bothe e Herbert Becker, osservarono che se le particelle alfa del polonio, dotate di grande energia, incidevano su nuclei di elementi leggeri, specificatamente berillio, boro e litio, era prodotta una radiazione particolarmente penetrante. In un primo momento si ritenne che potesse trattarsi di radiazione gamma, sebbene si mostrasse più penetrante dei raggi gamma allora conosciuti e i dettagli dei risultati sperimentali fossero difficili da interpretare in tali termini. Il successivo contributo fu apportato a cavallo tra il 1931 e il 1932 da Irene Curie e suo marito Frédéric Joliot-Curie a Parigi: essi mostrarono che questa radiazione misteriosa, se colpiva paraffina o altri composti contenenti idrogeno, ne provocava l'espulsione di protoni di alta energia. Ciò non era del tutto in contrasto con la supposta natura elettromagnetica della radiazione, ma una dettagliata analisi quantitativa delle misure rendeva difficile abbracciare tale ipotesi. Finalmente, all'inizio del 1932, il fisico James Chadwick, in Inghilterra, eseguì una serie di misurazioni che mostrarono come l'ipotesi dei raggi gamma fosse insufficiente a dare conto dei dati osservativi. Egli congetturò che la radiazione penetrante del berillio consistesse in particelle neutre dotate di massa approssimativamente uguale a quella dei protoni, la cui esistenza era stata congetturata più di un decennio prima, ma la cui ricerca sperimentale si era rivelata fino ad allora infruttuosa.
[modifica] Sviluppi
L'esistenza di pacchetti stabili di quattro neutroni, o tetraneutroni, è stata ipotizzata da un gruppo guidato da Francisco-Miguel Marqués del CNRS Laboratory for Nuclear Physics, basandosi sulla disintegrazione di nuclei di berillio-14. Ciò è particolarmente interessante, poiché la teoria corrente suppone che questi pacchetti non dovrebbero essere stabili e quindi non dovrebbero esistere.
[modifica] Voci correlate
[modifica] Bibliografia
- Albert Messiah, Mécanique quantique, tome 1, Dunod, 1966.
- Paul Dirac, I principi della meccanica quantistica, Bollati Boringhieri, 1971.
- John von Neumann, Mathematical foundations of Quantum Mechanics, Princeton University Press, 1955.
- Stephen Gustafson; Israel M. Sigal, Mathematical concepts of quantum mechanics, Springer, 2006.
- Franz Schwabl, Quantum mechanics, Springer, 2002.
- Franco Strocchi, An introduction to the mathematical structure of quantum mechanics, a short course for mathematicians, World Scientific Publishing, 2005.
- L. Pauling e E. B. Wilson Introduction To Quantum Mechanics With Applications To Chemistry (McGrawHill, New York, 1935)
- S. Dushman The Elements of Quantum Mechanics (John Wiley & Sons, New York, 1938)
- M. Planck, L. Silberstein e H. T. Clarke The origin and development of the quantum theory (Clarendon Press, Oxford, 1922)
- F. Reiche, H. Hatfield, e L. Henry The quantum theory (E. P. Dutton & co., New York, 1922)
- J. F. Frenkel Wave Mechanics: Advanced General Theory (Clarendon Press, Oxford, 1934)
- N. F. Mott Elements of Wave Mechanics (Cambridge University Press, 1958)
- Gian Carlo Ghirardi, Un'occhiata alle carte di Dio, Net, 1997.
