Взаимодействие нейтронов с протонами

Кроме этих двух типов электромагнитного взаимодействия, зависящих от магнитного момента, а следовательно, от спина нейтрона, принципиально возможны электромагнитные взаимодействия, не зависящие ни от спина, ни от скорости нейтрона и связанные с его внутренней структурой. Хотя заряд нейтрона равен нулю, но отличие от нуля неизбежно вызывает представление о некоторой электромагнитной структуре нейтрона. По законам электродинамики отрицательный обязан вращению по спину отрицательного электрического заряда. Следовательно, нейтрон не однородно нейтрален, а должен иметь некоторую структуру, напоминающую структуру атома, который внешне также нейтрален, но внутри имеет зоны с зарядами разных знаков. Ясно, что внутренней неоднородностью нейтрона.

В соответствен с мезонной теорией ядерных сил нейтрон можно представить как некоторой положительно заряженный нуклонный центр, окруженный движущимся вокруг мемодействующим зоном (или другим отрицательным сильно взаимодействующим мезоном, например и др.) либо постоянно, либо по крайней мере часть времени нейтрон представляет собой систему с разведенными зарядами разного знака

n p+

Находясь в диссоциированном состояний структура является все еще тесно связанной системой, едва отличимой от полностью связанного состояния. Более того, теория утверждают, что спонтанно диссоциированное состояние существует только короткое время. При условии диссоциации имеется очень малое разделение положительных и отрицательных электрических зарядов, которые могут объяснить взаимодействие с электронами на расстоянии эффективному радиусу ядерных сил.

Первоначальные соображения о причинах электромагнитного взаимодейстия нейтрона с электронам основывались именно на этим представлении о зарядовой поляризации нейтрона по его объему.

Первая эксперимент попытка обнаружить это взаимодействие была предпринята Ферми и Маршалл и почти одновременно с ними Раби, Райнветером и Хэвенсом. В этих опытах было установлено, что взаимодействие существует, хотя эффект его находится на грани чувствительности методов. Впоследствии Хаммермеш, Ринго и Ваттенберг, повторив опыт Ферми и Маршалл, получила боли точные результаты. Еще боли точные результаты получены в опытах Хьюза и др. в результате этих опытов взаимодействие нейтрона с зарядом электрона не только обнаружено, но и измерено количественно .

Вследствие малости взаимодействия наблюдения его окзываются весьма трудными. Обнаружесть взаимодействие нейтрона с отдельным эл-ем практически безнадежна, во- первых, из-за малости взаимодействия, во-вторых из-за того, что оно маскируется боли сильным взаимодействием магнитных моментов. Идея опытов Ферми и др. Заключалась в наьлюдении рассеяния нейтронов на атоме, содержашем большое число эл-ов со скомпенсированными магнит моментами. В опытах Ферми и Маршалл наблюдалось рассеяния нейтронов на гоуообрауном ксеноне. В опытах Раби и другие. Наблюдалась зависимость полного сечения расплавленных Bi и Pв от . В опытах Хьюза и др. измерялся угол полного отражения «холодных» нейтронов от поверхности раздела Bi и жидкого кислорода. Ядерные амплитуда рассеяния для обеих сред на единицу объема были почти равны, поэтому угол полного отражения зависел главным образом от п-е-взаимодействия, которое проявлялось для Bi сильнее, чем для кислорода вследствие большой разницы числа электронов их атомов ().

Результаты опытов представлены авторами в виде наблюдаемой величины потенциала взаимодействия нейтрона с электроном. Это представление связано с тем, что сечение рассеяния не зависит от детального хода потенциала, т.к. радиус взаимодействия очень мал по сравнению с , и зависит только от интеграла потенциальной функции по объему. Если предположить, что потенциал имеет вид прямоугольной ямы с радиусом равной классическому радиусу электрона =2,8* см, то величину взаимодействия можно характеризовать значением глубины ямы .

Раби, Райветером и Хэвенсом получено , Хаммермешем,Ринго и Ваттенбергом , Хьюзом и др. . Все результаты удовлетворительно согласуются между собой.

Они подтверждают слабость взаимодействия. Оно мало не только по сравнению с ядерным взаимодействием, потенциал которого на этих расстояниях имеет величину в десятки Мэв, но и по сравнению с взаимодействием , магнитный моментов нейтрона и электрона, энергия которого на ядерных расстояниях составляет десятые мезонной теории следовало ожидать примерно взаимодействия, если предполагать, что он вызван разделением нейтрона на - мезон и протон, находящиеся на расстоянии комптоновской длины волны - мезона.

Анализ n-е-взаимодействия, проведенный Фолди, показал, что найденный потенциал можно почти полностью объяснить без предположения о разделении зарядов внутри нейтрона. Если предположить, что нейтрон описывается релятивистским уравнением Дирака, то потенциал его взаимодействия со слабым электромагнитным полем при малой энергиях можно представить формулой:

=+=(+)

=, характеризующей заряд его распределение по объему.

, где - плотность заряда на радиусе .

Второй член . Если подставить в него = - 1,91 ядерного магнетона, то второй член дает потенциал = - 4080 эв, т.е. практически равный потенциалу, найденному экспериментально. Это означает, что не зависящее от спина п-е-взаимодействие объясняется почти полностью магнитный моментом нейтрона, а его электромагнитный формфактор очень мал, либо равен нулю.

Релятивистский эффект взаимодействия электромагнитного заряда е распределением магнитный момента по объему нейтрона можно объяснить по Дираку как результат «дрожание» магнитный момента. Дрожание магнитного момента создает распределение магнитного момента (магнитный формфоктор) и вызывает видимое релятивистское расстояние заряда и возникновение электромагнитного поля, действующего на заряд независимо от скорости и спина.

Из опытов по рассеянию медленных нейтронов на электронах находится усредненный потенциал , величина которого может бытьполучена при различных пространственных распределениях заряда и магнитного момента по объему нейтрона. В частности, полученная Фолди ивеличина = - 4080 эв зависит лишь от суммарного магнитного момента нейтрона , но не от его распределения. Пространственное распределение заряда и магнитного момента нейтрона находится путем анализа рассеяния быстрых электронов на нейтроне. На свободном нейтроне рассеяние на дейтроне и протоне, поэтому изучают как разницу. Фундаментальная серия исследований структура нуклонов путем рассеяния на них быстрых электронов была проведена Хофстадтером с сотрудниками в Стэнфордском университете. Продолжение этих исследований в область еще больших энергий электронов осуществлено Вильсоном в Гарвардском университете. В этих исследованиях установлено, что магнитный момент по объему нейтрона распределен приблизительно так же, как магнитный момент и заряд по объему протона. Среднеквадратичный радиус всех этих распределений около 0,8 ферми. Однако зарядовый формфактор нейтрона при всех значениях аргументов (он зависит от переданного импульса и угла рассеяния ) близок к нулю. Это означает, что нейтрон практически не имеет разделенных зарядов, т.е однородно нейтрален по всему объему.

Размещено на Allbest.ru