imported>V1adis1av: оформление

2025-03-30T09:47:55Z

оформление

Новая страница

[[Файл:Beta Negative Decay.svg|thumb|right|280px|[[Диаграмма Фейнмана]] для бета-распада [[нейтрон]]а на [[протон]], [[электрон]] и [[нейтрино|электронное антинейтрино]] при участии виртуального тяжёлого [[W-бозон]]а]]
'''Бе́та-распа́д нейтро́на''' — спонтанное превращение [[Свободный нейтрон|свободного нейтрона]] в [[протон]] с излучением [[Бета-частица|β-частицы]] (электрона) и электронного [[нейтрино|антинейтрино]]:

: <math>{}_0^1 n \to {}_1^1 p + e^ -+\bar{\nu}_e.</math>

Спектр [[Кинетическая энергия|кинетической энергии]] излучаемого электрона лежит в диапазоне от 0 до {{nobr|782,318 [[кэВ]]}}. [[Время жизни квантовомеханической системы|Время жизни]] свободного нейтрона составляет {{nobr|878,4 ± 0,5 секунды}}<ref name="Particle data group">[http://pdg.lbl.gov/2023/listings/rpp2023-list-n.pdf [Neutron properties].] {{Wayback|url=http://pdg.lbl.gov/2023/listings/rpp2023-list-n.pdf |date=20230610145420 }} In: Workman R. L. et al. (Particle Data Group), Prog. Theor. Exp. Phys. 2022, 083C01 (2022) and 2023 update.</ref> (что соответствует [[период полураспада|периоду полураспада]] {{nobr|608,9 ± 0,3 с}}). Прецизионные измерения параметров [[бета-распад]]а нейтрона (время жизни, [[угловые корреляции]] между [[импульс]]ами частиц и [[спин]]ом нейтрона) имеют важное значение для определения свойств [[слабое взаимодействие|слабого взаимодействия]]. Существует статистически значимое расхождение между значениями времени жизни нейтрона, измеренными различными методами<ref name=Serebrov-Fomin-2011>{{статья|автор=Serebrov A. P., Fomin A. K.|заглавие=New evaluation of neutron lifetime from UCN storage experiments and beam experiments|издание=Physics Procedia|год=2011 |том=17|выпуск=|номер=|страницы=199–205 |ссылка=|doi=10.1016/j.phpro.2011.06.037 |arxiv=1104.4238 |bibcode=2011PhPro..17..199S |s2cid=119204009 |язык=en}}</ref>

Бета-распад нейтрона был предсказан [[Жолио-Кюри, Фредерик|Фредериком Жолио-Кюри]] в [[1934]] и открыт в [[1948]]—[[1950]] гг. независимо [[Снелл, Артур|А. Снеллом]], [[Робсон, Джон Майкл (физик)|Дж. Робсоном]] и [[Спивак, Пётр Ефимович|П. Е. Спиваком]].

== Редкие каналы распада ==
=== Радиативный бета-распад нейтрона ===
Кроме распада нейтрона с образованием протона, электрона и электронного антинейтрино, должен происходить также более редкий процесс с излучением дополнительного [[гамма-квант]]а — радиативный (то есть сопровождающийся [[Электромагнитное излучение|электромагнитным излучением]]) бета-распад нейтрона:

: <math>{}_0^1 n \to {}_1^1 p + e^ -+\bar{\nu}_e + \gamma.</math>

Теория предсказывает, что спектр гамма-квантов, излучающихся при радиативном распаде нейтрона, должен лежать в диапазоне от 0 до {{nobr|782 кэВ}} и зависеть от энергии (в первом приближении) как {{nobr|{{math|''E''}}−1}}. С физической точки зрения, этот процесс представляет собой [[тормозное излучение]] образующегося электрона (и в меньшей степени — протона)<ref name=arXiv:1603.00243/>.

В [[2005 год]]у этот ранее предсказанный процесс был обнаружен экспериментально<ref>{{cite doi|10.1134/S0021364006080145}}</ref>. Измерения в этой работе показали, что радиативный канал распада реализуется с вероятностью {{nobr|0,32 ± 0,16 %}} при энергии гамма-кванта {{nobr|{{math|''E''γ}} > 35 кэВ}}. Этот результат впоследствии был подтверждён и значительно уточнён рядом других экспериментальных групп; в частности, коллаборация {{nobr|RDK II}} установила<ref name=arXiv:1603.00243>{{cite doi|10.1103/PhysRevLett.116.242501}}</ref>, что вероятность распада с вылетом гамма-кванта составляет {{nobr|(0,335 ± 0,005stat ± 0,015syst) %}} при {{nobr|{{math|''E''γ}} > 14 кэВ}} и {{nobr|(0,582 ± 0,023stat ± 0,062syst) %}} при {{nobr|0,4 кэВ < {{math|''E''γ}} < 14 кэВ}}. Это совпадает в пределах ошибок с теоретическими предсказаниями (соответственно 0,308 % и 0,515 %). Общая вероятность радиативного распада (с энергией гамма-кванта от 0,4 до 782 кэВ) равна 0,92 ± 0,07 %<ref name="Particle data group"/>.

=== Бета-распад нейтрона в связанное состояние ===
Должен существовать также канал распада свободного нейтрона в связанное состояние — [[атом водорода]] <math>({}_1^1 p + e^ - = {}^1\mathrm{H}):</math>

: <math>{}_0^1 n \to {}^1\mathrm{H} +\bar{\nu}_e.</math>

Этот канал был предсказан в 1947 году<ref>{{статья|автор=Daudel R., Jean M., Lecoin M.|заглавие=Sur la possibilité d’existence d’un type particulier de radioactivité phénomène de création ''e''|издание=J. Phys. Radium|год=1947|том=8|выпуск=8|номер=|страницы=238—243|ссылка=https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00234057/document|doi=10.1051/jphysrad:0194700808023800|arxiv=|bibcode=|язык=fr|archivedate=2022-10-06|archiveurl=https://web.archive.org/web/20221006141248/https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00234057/document}} {{free access}}</ref>, однако до сих пор не наблюдался: из экспериментов известно лишь, что вероятность такого распада меньше 0,27 %<ref name="Particle data group"/><ref>{{cite doi|10.1103/PhysRevLett.120.202002}}</ref> ([[парциальное время жизни]] по этому каналу превышает {{nobr|3{{e|4}} с}})<ref>{{статья|автор=Green K., Thompson D.|заглавие=The decay of the neutron to a hydrogen atom|издание=Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics|год=1990|том=16|выпуск=4|страницы=L75—L76|ссылка=http://iopscience.iop.org/0954-3899/16/4/001/|doi=10.1088/0954-3899/16/4/001|arxiv=|язык=}}</ref>. Теоретически ожидаемая вероятность распада в связанное состояние по отношению к полной вероятности распада равна 3,92{{e|−6}}<ref>{{cite doi|10.1103/PhysRevC.80.035503}}</ref>. Связанный электрон для выполнения [[Закон сохранения момента импульса|закона сохранения углового момента]] должен возникать в {{nobr|{{nobr|''S''}}-состоянии}} (с нулевым орбитальным моментом), в том числе с вероятностью ≈84 % — в [[Основное состояние|основном состоянии]], и 16 % — в одном из возбуждённых {{nobr|{{nobr|''S''}}-состояний}} атома водорода<ref>{{статья|автор=Dubbers D., Schmidt M. G.|заглавие=The neutron and its role in cosmology and particle physics|издание=Reviews of Modern Physics|год=2011|том=83|выпуск=|страницы=1111—1171|ссылка=https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.83.1111|doi=10.1103/RevModPhys.83.1111|arxiv=1105.3694|язык=en|archivedate=2020-07-24|archiveurl=https://web.archive.org/web/20200724022131/https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.83.1111}}</ref>. При распаде в атом водорода почти вся энергия распада, равная {{nobr|782,33305 кэВ}} (за исключением очень малой кинетической энергии атома отдачи, 325,7 эВ<ref>{{cite arXiv |author=Zhang Shuo, Wang Song-Lin, Zhou Jian-Rong, Wu Wen-Tao, Xia Jing-Kai, Zhang Rui-Tian, Zhang Le |eprint=2210.02314 |title=Proposal for Measurement of the Two-body Neutron Decay using Microcalorimeter |class=hep-ex |year=2022 }}</ref>, и, в случае распада в возбуждённое атомное состояние, энергии возбуждения, не превышающей 13,6 эВ) уносится электронным антинейтрино, причём спиновое состояние образовавшегося атома водорода связано со [[Спиральность частицы|спиральностью]] испускаемого антинейтрино. Если принять направление импульса атома водорода в системе центра масс за положительное направление оси {{math|''z''}}, то для проекций {{math|''sz''}} спинов четырёх участвующих в распаде [[фермион]]ов (начального нейтрона и образующихся протона, электрона и антинейтрино) возможны шесть конфигураций<ref name=McA14/>:

: {{math|(''n'', ''p'', ''e−'', {{overline|ν}}''e'')}}: (↓↓↑↓), (↓↑↓↓), (↑↑↑↓), (↓↓↓↑), (↑↑↓↑), (↑↓↑↑),

причём первые три разрешены, а последние три запрещены Стандартной Моделью, поскольку [[Спиральность частицы|спиральность]] антинейтрино в этих случаях была бы правой; вероятности образования конфигураций 1, 2 и 3 зависят от скалярной, векторной, аксиальной и тензорной констант связи [[Слабое взаимодействие|слабого взаимодействия]] (в стандартной [[Слабое взаимодействие#Универсальная V-A теория|{{math|''V − A''}} теории]] скалярная и тензорная константы равны нулю, экспериментально установлены лишь верхние ограничения на них)<ref name=McA14>{{cite doi|10.1016/j.phpro.2013.12.009}}</ref>. Таким образом, измерения относительных вероятностей различных спиновых каналов бета-распада нейтрона в связанное состояние может дать информацию о физике за рамками Стандартной Модели (наличие правых токов, скалярной и тензорной констант связи в слабом взаимодействии)<ref name=McA14/>.

== См. также ==
* [[Нейтрино]]
* [[Бета-распад]]
* [[Распад протона]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{книга | автор = Маляров В. В. | заглавие = Основы теории атомного ядра | место = М | издательство = Физматлит | год = 1959 | страниц = 471 |тираж= 18000 | isbn = | ref = Маляров}}
* {{статья |автор=Ерозолимский Б. Г. |издание=[[Успехи физических наук]] |заглавие=Бета-распад нейтрона |год=1975 |том=116 |номер=1 |страницы=145—164 |ссылка=https://ufn.ru/ru/articles/1975/5/e/ |doi=10.3367/UFNr.0116.197505e.0145 |язык=ru }}
* {{статья |автор=Ерозолимский Б. Г. |издание=[[Успехи физических наук]] |заглавие=Бета-распад нейтрона |год=1977 |том=123 |номер=12 |страницы=692—693 |ссылка=https://ufn.ru/ru/articles/1977/12/l/ |doi=10.3367/UFNr.0123.197712l.0692 |язык=ru}}
* [https://web.archive.org/web/20060220093658/http://www.phys-encyclopedia.net/vol_1/195.pdf Бета-распад нейтрона (статья в «Физической энциклопедии»)].
* [http://pdg.lbl.gov/2009/listings/rpp2009-list-n.pdf Компиляция свойств нейтрона Particle Data Group]

{{перевести|fr|Désintégration du neutron libre}}
{{внешние ссылки}}

[[Категория:Радиоактивность]]
[[Категория:Нейтронная физика]]

Бета-распад нейтрона - История изменений

imported>V1adis1av: оформление