Hauptthemen
Neutron
(Abkürzung: n)
Neutronen dienen in Atomkernen dazu, dass sich positiv geladene Protonen nicht abstoßen. Sie wirken (wegen der starken Kernkraft, die sie ausüben) wie Klebstoff.
Daten
Zusammensetzung
Ein Neutron ist aus 3 Quarks aufgebaut:
| Ladung | |||||
|---|---|---|---|---|---|
1 Up-| 2/3 = 2/3
| 2 Down- | 2·(−1/3)
| Gesamt
| 0
| |
Die negativ geladenen Down-
Die Schwerpunkte der positiven bzw. negativen Ladungsverteilung stimmen überein, so genau wie man bis jetzt messen kann (elektrisches Dipolmoment < 1,1·10−26 e·cm). Die Theorie sagt eine winzige Abweichung voraus (10−31 e·cm).
Neutronen verhalten sich (bis auf die fehlende elektrische Ladung) sehr ähnlich wie Protonen. Das sieht man an Atomkernen mit Z Protonen und N Neutronen, deren Energieniveaus sehr ähnlich wie die von Atomkernen mit N Protonen und Z Neutronen sind (Spiegelkerne).
die nuklearen Wechselwirkungen [bleiben] unverändert, wenn in irgendeinem Kernproblem ein Proton durch ein Neutron oder umgekehrt ausgetauscht wird.[1]
Warum bestehen Neutronen aus Quarks?
Es ist nicht so, wie in den 1920er Jahren gedacht, dass ein Neutron aus einem Proton und einem „eingefangenen“ Elektron besteht. Das Elektron müsste aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation so viel Energie haben, dass es nicht gebunden wäre. Ein Proton kann unter gewissen (seltenen) Umständen tatsächlich ein Elektron „einfangen“, aber dadurch wird es zu einem Neutron, und das Elektron gibt es nicht mehr.
Die Quarks bewegen sich im Neutron fast mit Lichtgeschwindigkeit, aber weil die starke Kernkraft zwischen Quarks mit dem Abstand zunimmt, können sie nicht entweichen (Confinement).
Von Teilchenwolke umgeben
Wie Protonen (siehe dort) interagieren Neutronen mit kurzzeitig entstehenden Paaren von Teilchen (Vakuumfluktuation, „Pionenwolke“):
Die virtuellen (tw. geladenen) Teilchen, die ein Neutron umgeben, sind für die Streuung von Elektronen am Neutron und für das Magnetfeld des Neutrons verantwortlich. (Durch die Eigendrehung des Neutrons werden die geladenen virtuellen Teilchen mitgedreht.)[2]
Lebensdauer
Ein freies, also ungebundenes Neutron ist nicht stabil. Es zerfällt im Mittel nach ca. 15 Minuten in ein Proton, Elektron und Elektron-
Zerfall des Neutrons kann man sich ... so vorstellen, dass sich ein down- in ein up- Quark umwandelt und die beiden anderen Quarks nur zuschauen („spectator“- Modell).
Neutronen, zerfallen aber auch in Atomkernen, wenn dieser zu viele Neutronen enthält.
Offene Fragen
- Wie groß ist das elektrische Dipolmoment eines Neutrons tatsächlich?
- Wie ist die mittlere Verteilung von elektrischer Ladung und Magnetisierung innerhalb des Neutrons (Formfaktor)?die elektromagnetischen Formfaktoren des Neutrons verändern sich nicht gleichmäßig mit steigender Energie, sondern schwanken periodisch. Diese auch schon beim Proton beobachtete Oszillation ist bislang theoretisch nicht erklärbar. Sie deutet aber auf eine interne Struktur des Neutrons hin, die dynamischer und komplexer ist als gedacht.
- Warum ist die Lebensdauer von Neutronen unterschiedlich, je nachdem, wie man sie misst (880 Sekunden laut Strahl-
Methode, 878 Sekunden laut Flaschen- Methode)?
Weiter
Quellen
| [1] | Richard P. Feynman, Robert B. Leighton, Matthew Sands: Vorlesungen über Physik. Band 2: Hauptsächlich Elektromagnetismus und Struktur der Materie. München: Oldenburg, 1987 (amerik. Original 1963), S. 157 |
| [2] | Paul Davis: Mehrfachwelten. Entdeckungen der Quantenphysik. Düsseldorf: Eugen Diederichs, 1. Aufl. 1981 (Aus dem Engl.), S. 99f. |
| [3] | Paul Davis: Mehrfachwelten. Entdeckungen der Quantenphysik. Düsseldorf: Eugen Diederichs, 1. Aufl. 1981 (Aus dem Engl.), S. 172 |