нейтрон

НЕЙТРОН (n) (от лат. neuter - ни тот, ни другой) - элементарная частица с нулевым электрич. зарядом и массой, незначительно большей массы протона. Наряду с протоном под общим назв. нуклон входит в состав атомных ядер. H. имеет спин ¹/₂ и, следовательно, подчиняется Ферми - Дирака статистике (является фермионом). Принадлежит к семейству адра-нов; обладает барионным числом B=1, т. е. входит в группу барионов.

Открыт в 1932 Дж. Чедвиком (J. Chadwick), показавшим, что жёсткое проникающее излучение, возникающее при бомбардировке ядер бериллия a-частицами, состоит из электрически нейтральных частиц с массой, примерно равной протонной. В 1932 Д. Д. Иваненко и В. Гей-зенберг (W. Heisenberg) выдвинули гипотезу о том, что атомные ядра состоят из протонов и H. В отличие от заряж. частиц, H. легко проникает в ядра при любой энергии и с большой вероятностью вызывает ядерные реакции захвата (n,g), (n,a), (n, p), если баланс энергии в реакции положительный. Вероятность экзотермич. ядерной реакции увеличивается при замедлении H. обратно пропорц. его скорости. Увеличение вероятности реакций захвата H. при их замедлении в водородсодержащих средах было обнаружено Э. Ферми (E. Fermi) с сотрудниками в 1934. Способность H. вызывать деление тяжёлых ядер, открытая О. Ганом (О. Hahn) и Ф. Штрасманом (F. Strassman) в 1938 (см. Деление ядер), послужила основой для создания ядерного оружия и ядерной энергетики. Своеобразие взаимодействия с веществом медленных H., имеющих де-бройлевскую длину волны порядка атомных расстояний (резонансные эффекты, дифракция и т. д.), служит основой широкого использования нейтронных пучков в физике твёрдого тела. (Классификацию H. по энергиям - быстрые, медленные, тепловые, холодные, ультрахолодные - см. в ст. Нейтронная физика.)

В свободном состоянии H. нестабилен - испытывает B-распад; n p + е^- + v_e; его время жизни t_n = = 898(14) с, граничная энергия спектра электронов 782 кэВ (см. Бета-распад нейтрона). В связанном состоянии в составе стабильных ядер H. стабилен (по эксперим. оценкам, его время жизни превышает 10³² лет). По астр. оценкам, 15% видимого вещества Вселенной представлено H., входящими в состав ядер ⁴He. H. является осн. компонентой нейтронных звёзд. Свободные H. в природе образуются в ядерных реакциях, вызываемых a-частицами радиоактивного распада, космическими лучами и в результате спонтанного либо вынужденного деления тяжёлых ядер. Искусств. источниками H. служат ядерные реакторы, ядерные взрывы, ускорители протонов (на ср. энергии) и электронов с мишенями из тяжёлых элементов. Источниками монохроматичных пучков H. с энергией 14 МэВ являются низкоэнергетич. ускорители дейтронов с тритиевой или литиевой мишенью, а в будущем интенсивными источниками таких H. могут оказаться термоядерные установки УТС. (См. Нейтронные источники.)

Основные характеристики H.

Масса H. т_п = 939,5731(27) МэВ/с² = = 1,008664967(34) ат. ед. массы 1,675^.10^-24 г. Разность масс H. и протона измерена с наиб. точностью из энергетич. баланса реакции захвата H. протоном: n + p d + g (энергия g-кванта = 2,22 МэВ), m_n - m_p = 1,293323 (16) МэВ/с².

Электрический заряд H. Q_n = 0. Наиболее точные прямые измерения Q_n выполнены по отклонению пучков холодных либо ультрахолодных H. в электростатич. поле: Q_n <= 3·10^-21 е (е - заряд электрона). Косв. данные по электрич. нейтральности мак-роскопич. кол-ва газа дают Q_n <= 2·10^-22 е.

Спин H. J = ¹/₂ был определён из прямых опытов по расщеплению пучка H. в неоднородном магн. поле на две компоненты [в общем случае число компонент равно (2J + 1)].

Внутренняя чётность H. положительная. Изотопический спин I = ¹/₂, при этом проекция изотопич. спина H. I₃ = -¹/₂. В рамках SU(3)-симметрии H. входит в октет барионов (см. Унитарная симметрия).

Магнитный момент H. Несмотря на электронейтральность H., его магн. момент существенно отличен от нуля: m_n = - 1,91304184(88)m_Я, где m_Я = е/2m_pc - ядерный магнетон (m_р - масса протона); знак магн. момента определяется относительно направления его спина. Сопоставление магн. моментов протона (m_p = 2,7928456) и H. позволило высказать гипотезу о роли p-мезонного окружения (шубы) "голого" нуклона в формировании структуры нуклона. Соотношение m_p и m_n (m_p/m_n -³/₂) может быть объяснено в рамках представлений о кварковой структуре нуклонов (см. ниже). Наиб. точно m_n измерен сравнением с m_p методом ядерного магнитного резонанса на пучке холодных H.

Электрический дипольный момент H. Динамический, т. е. индуцированный, ди-польный момент H. может возникать в сильном электрич. поле, напр. при рассеянии H. на тяжёлом ядре, либо при рассеянии g-квантов на дейтроне. Изменение энергии частицы в электрич. поле определяется соотношением D = -(a_о²/2)^.E², где a₀ - поляризуемость частицы, E - напряжённость поля. Эксперименты дают оценки a₀ <= 10^-42 см³ (принята система единиц, в к-рой = с= 1).

Статич. электрич. дипольный момент (ЭДМ) элементарной частицы должен быть тождественно равен нулю, если взаимодействия, к-рые она испытывает, инвариантны относительно обращения времени (T-инвариант-ны). ЭДМ отличен от нуля, если T-инвариантность нарушена, что, согласно теореме CPT (т.е. инвариантности относительно совместного произведения зарядового сопряжения, пространственной инверсии и обращения времени), эквивалентно нарушению СР-ин-вариантности. Хотя нарушение СР-инвариантности было обнаружено ещё в 1964 в распаде K⁰_L-мезона, до сих пор СР-неинвариантные эффекты для др. частиц (или систем) не наблюдались. В совр. объединённых калибровочных теориях элементарных частиц нарушение T (или CP)-инвариантности может иметь место в электрослабом взаимодействии, хотя величина эффекта крайне мала. Разл. модели нарушения СР-инвариант-ности предсказывают величину ЭДМ H. на уровне (10^-24-10^-32) е^.см. Из-за своей электрич. нейтральности H.- весьма удобный объект для поисков СР-не-инвариантности. Наиб. чувствительный и надёжный метод - метод ЯМР с электрич. полем, наложенным на магн. иоле. Изменение направления электрич. поля при сохранении всех остальных характеристик резонансного спектрометра ЯМР вызывает смещение частоты ЯМР на величину Dv = -4dЕ, где d - ЭДМ. Для d ~ 10^-25 е^.см Dv ~10^-6 Гц. Используя метод удержания ультрахолодных H. в ЯМР-спектрометре, удаётся достичь такой чувствительности. Полученное наиб. точное ограничение на ЭДМ H.: d_n <= 2·10^-25 е^.см.

Структура H.

H. наряду с протоном принадлежит к легчайшим барионам. По совр. представлениям, ои состоит из трёх легчайших валентных кварков (двух d-кварков и одного u-кварка) трёх цветов, образующих бесцветную комбинацию. Кроме валентных кварков и связывающих их глюонов нуклон содержит "море" виртуальных пар кварк - антикварк, в т. ч. тяжёлых (странных, очарованных и т. д.). Квантовые числа H. целиком определяются набором валентных кварков, а пространств. структура - динамикой взаимодействия кварков и глюонов. Особенностью этого взаимодействия является рост эфф. константы взаимодействия (эффективного заряда)с увеличением расстояния, так что размер области взаимодействия ограничен областью т. н. кон-файнмента кварков - областью невылетания цветных объектов, радиус которой ~10^-13 см (см. Удержание цвета).

Последоват. описание структуры адронов на основе совр. теории сильного взаимодействия - квантовой хромодинамики - пока встречает теоретич. трудности, однако для мн. задач вполне удовлетворит. результаты даёт описание взаимодействия нуклонов, представляемых как элементарные объекты, посредством обмена мезонами. Эксперим. исследование пространств. структуры H. выполняется с помощью рассеяния высокоэнергичных лептонов (электронов, мюонов, нейтрино, рассматриваемых в совр. теории как точечные частицы) на дейтронах. Вклад рассеяния на протоне измеряется в отд. эксперименте и может быть вычтен с помощью определ. вычислит. процедуры.

Упругое и квазиупругое (с расщеплением дейтрона) рассеяние электронов на дейтроне позволяет найти распределение плотности электрич. заряда и магн. момента H. (формфактор H.). Согласно эксперименту, распределение плотности магн. момента H. с точностью порядка неск. процентов совпадает с распределением плотности электрич. заряда протона и имеет среднеквадратичный радиус ~0,8·10^-13 см (0,8 Ф). Магн. форм-фактор H. довольно хорошо описывается т. н. диполь-ной ф-лой G_Mn= m_n(1 + q²/0,71)^-2, где q² - квадрат переданного импульса в единицах (ГэВ/с)².

Более сложен вопрос о величине электрич. (зарядового) формфактора H. G_En. Из экспериментов по рассеянию на дейтроне можно сделать заключение, что G_En (q²) <= 0,1 в интервале квадратов переданных импульсов (0-1) (ГэВ/с)². При q² 0 вследствие равенства нулю электрич. заряда H. G_En -> 0, однако экспериментально можно определить дG_En(q²)/дq²|_q2=0. Эта величина наиб. точно находится из измерений длины рассеяния H. на электронной оболочке тяжёлых атомов. Осн. часть такого взаимодействия определяется магн. моментом H. Наиб. точные эксперименты дают длину ne-рассеяния а_nе = -1,378(18)^.10^-16 см, что отличается от расчётной, определяемой магн. моментом H.: a_nе = -1,468^.10^-16 см. Разность этих значений даёт среднеквадратичный электрич. радиус H. <r²_En>= = 0,088(12) Фили дG_En(q²)/дq²|_q2=0= -0,02 F². Эти циф-ры нельзя рассматривать как окончательные из-за большого разброса данных разл. экспериментов, превышающих приводимые ошибки.

В глубоко неупругом процессе рассеяния (взаимодействия с рождением многих вторичных адронов, преим. пионов) налетающая точечная частица (лептон) взаимодействует непосредственно с точечными компонентами нуклона - кварками. Кварковый состав H. (ddu)наиб. наглядно выявляется в экспериментах с взаимодействием нейтрино и антинейтрино высоких энергий с протонной и нейтронной (в составе дейтерия) мишенями. Напр., полное сечение s реакции v_mn m^-X (где X - совокупность адронов) примерно в два раза больше полного сечения реакции v_mp m^-X, поскольку v_m взаимодействует только с d-кварком [кварковый состав протона (uud)]. Аналогично Поправки к этим простым соотношениям полных сечений связаны в осн. с наличием "моря" виртуальных пар кварк - антикварк.

Взаимодействия H.

Сильное взаимодействие H. с нуклонами. Следствием изотопич. инвариантности является равенство сечений нейтрон-нейтронного и протон-протонного взаимодействия, если в последнем случае учесть вклад кулонов-ского взаимодействия. На кварк-глюонном уровне изотопич. симметрия является следствием малой разности масс d- и u-кварков (при малости самой массы кварков). Этим же объясняется малость разности масс протона и H., а также величина и знак этой разности (d-кварк тяжелее u-кварка).

При низких энергиях (до 15 МэВ) рассеяние H. на протоне изотропно в системе центра масс, т. е. взаимодействие определяется в осн. S-волной (относит. движением с орбит. моментом L = 0). Для S-волнового взаимодействия сечение рассеяния может быть охарактеризовано двумя параметрами - эфф. радиусом потенциала взаимодействия и длиной рассеяния. Зависимость от относит. направления спинов H. и протона удваивает число параметров, т. к. длины рассеяния для синглетного (полный спин системы 0) и триплетного (полный спин 1) состояний различны (отличаются в неск. раз). Совр. значения длин рассеяния и эфф. радиусов (в Ф): a_t = 5,39(3), a_s = -23,74(9); r_0t = 1,70(3), r_os = 2,67(3). Параметры np-рассеяния не могут быть непосредственно сопоставлены с рр- и nn-рассеянием, поскольку системы рр и nn в соответствии с Паули принципом не могут находиться в триплетом состоянии. Синглетная длина рр-рассеяния равна: а_рр = -7,815(8) Ф, r₀ = 2,758 Ф. Расчёт кулоновского вклада в a_рр позволяет получить чисто ядерную длину рр-рассеяния a^я_pp , к-рая оказывается равной -17,25 Ф. Согласно изотопич. инвариантности, а^я_pp = а_nn. Определение параметров nn-рассеяния - сложная проблема, т. к. прямое взаимодействие свободных H. до сих пор не наблюдалось из-за трудности эксперимента. Предложено неск. вариантов эксперимента по поиску прямого nn-рассеяния в пучках высокопоточных импульсных или стационарных реакторов.

Наиб. определённые сведения об а_пп получены при исследовании реакции p-d 2ng: a_nn = - 18,45(46) F, и реакции nd p2n: a_nn = - 16,73(45) Ф. Расхождение результатов связано с неоднозначностью процедуры экстраполяции к нулевой энергии H. и недостаточным описанием дейтрона. Сравнивая а_nn и a_рр, можно заключить, что изотопич. инвариантность соблюдается, хотя эксперим. точность недостаточна.

На раннем этапе развития ядерной физики большую роль для понимания свойств ядерных сил сыграли осн. характеристики дейтрона. Дейтрон является связанным триплетным состоянием пр с энергией связи -2,224 МэВ. Синглетное состояние пр имеет положит. энергию связи 64 кэВ и является резонансом. Др. ре-зонансов и связанных состояний в области низких энергий в np-системе нет. Эти два параметра позволяют определить потенциал нуклон-нуклонного взаимодействия и радиус ядерных сил. Наличие у дейтрона квад-рупольного электрич. момента Q = 2,859^.10^-27 см² приводит к выводу о существовании тензорных ядерных сил.

Радиац. захват H. протоном, nр dg, является простейшей ядерной реакцией. Сечение захвата при малых энергиях H. зависит от скорости H. как 1/u. Для тепловых H. (с l = 1,73) s_ng = 0,311 барн.

Изотопич. инвариантность ядерных сил и известная энергия связи синглетного np-состояния позволяют обосновать отсутствие связанного nn-состояния (ди-нейтрона). Эксперим. поиски такого состояния в реакциях типа А + В С + 2n подтверждают этот вывод: сечение образования динейтрона <=10^-29 см². Не найдены также связанные состояния трёх и четырёх H. Для большего числа H. существование связанных состояний не исключено, хотя вероятность их образования в исследованных ядерных реакциях должна быть крайне мала.

При больших энергиях нуклон-нуклонного взаимодействия его характер меняется. При энергиях падающих нуклонов (200-400) МэВ, соответствующих их сближению на расстояния ~0,3 Ф, во взаимодействии проявляются отталкиват. силы. Это явление обычно сопоставляется с существованием жёсткой отталкивающей сердцевины (кора) у нуклонов и приписывается доминирующей роли на малых расстояниях обмена тяжёлыми векторными мезонами, напр. w-мезонами. Такое объяснение не единственно возможное. В модели "кварковых мешков" (см. Кварковые модели)это же явление объясняется слиянием на малых расстояниях двух нуклонов в один шестикварковый мешок, свойства к-рого качественно отличаются от свойств индивидуальных нуклонов; это приводит к тому, что экспериментально не наблюдаются два индивидуальных нуклона на малых расстояниях.

При более высоких энергиях взаимодействия становятся существенно неупругими и сопровождаются множеств. рождением p-мезонов и более тяжёлых частиц (см. Множественные процессы ).Свойства кварков и глюонов при этом играют определяющую роль в динамике взаимодействия, вызывая образование струй вторичных адронов (см. Струя адронная)и др.

Взаимодействие H. с ядрами и с веществом. Как и при взаимодействии с протоном, взаимодействие H. с ядрами описывается достаточно короткодействующими силами по сравнению с де-бройлевской длиной волны H. Для малых энергий взаимодействие описывается длиной рассеяния и радиусом потенц. ямы. Отсутствие барьера для проникновения H. в ядро приводит к тому, что для H. малой энергии значит. роль играет канал реакции, идущий через образование составного ядра (компаунд-ядра). Нейтронные резонан-сы, определяемые состояниями компаунд-ядра при т. н. резонансных энергиях H., хорошо разделяются (см. Нейтронная спектроскопия). При ~ (0,1 - 1) МэВ в средних и тяжёлых ядрах резонансы перекрываются и поведение сечения описывается статистически. Феноменологически поведение сечения взаимодействия H. с ядрами описывается силовыми ф-циями s, p, d нейтронных резонансов с характерными флуктуациями. При более высоких энергиях феноменологич. описание усреднённых сечений достигается при помощи оптической модели, ядра. Взаимодействие H. большой энергии с ядрами сходно с взаимодействием протонов с ядрами.

Для медленных H. определяющими становятся его волновые свойства, когерентное взаимодействие с упорядоченными конденсиров. средами. H. с длиной волны, близкой к межатомным расстояниям, являются важнейшим средством исследования структуры твёрдых тел и динамики возбуждения в них. Наличие у H. магн. момента делает пучки поляризов. H. чрезвычайно чувствит. инструментом для исследования распределения намагниченности в веществе (см. Нейтронография).

Особенностью взаимодействия H. с большинством ядер является положит. длина рассеяния, что приводит к коэф. преломления < 1. Благодаря этому H., падающие из вакуума на границу вещества, могут испытывать полное внутр. отражение. При скорости u < (5-8) м/с (ультрахолодные H.) H. испытывают полное отражение от границы с углеродом, никелем, бериллием и др. при любом угле падения и могут удерживаться в замкнутых объёмах. Это свойство ультрахолодных H. широко используется в экспериментах (напр., для поиска ЭДМ H.) и позволяет реализовать нейтронооптич. устройства (см. Нейтронная оптика).

H. и слабое (электрослабое) взаимодействие. Важным источником сведений об электрослабом взаимодействии является b-распад свободного H. .На квар-ковом уровне этот процесс соответствует переходу . Обратный процесс взаимодействия электронного антинейтрино с протоном, , наз. обратным b-распадом. К этому же классу процессов относится электронный захват ,имеющий место в ядрах, ре^-nv_e.

Распад свободного H. с учётом кинематич. параметров описывается двумя константами - векторной G_V, являющейся вследствие векторного тока сохранения универс. константой слабого взаимодействия, и аксиально-векторной G_A, величина к-рой определяется динамикой сильно взаимодействующих компонент нуклона - кварков и глюонов. Волновые ф-ции начального H. и конечного протона и матричный элемент перехода n p благодаря изотопич. инвариантности вычисляются достаточно точно. Вследствие этого вычисление констант G_V и G_A из распада свободного H. (в отличие от вычислений из b-распада ядер) не связано с учётом ядерно-структурных факторов.

Время жизни H. без учёта нек-рых поправок равно: t_n = k(G²_V + 3G²_A)^-1, где k включает кинематич. факторы и зависящие от граничной энергии b-распада кулонов-ские поправки и радиационные поправки.

Вероятность распада поляризов. H. со спином S, энергиями и импульсами электрона и антинейтрино и р_е, в общем виде описывается выражением:

Коэф. корреляции a, А, В, D могут быть представлены в виде ф-ции от параметра а = (G_A/G_V,)exp(if). Фаза f отлична от нуля или p, если T -инвариантность нарушена. В табл. приведены эксперим. значения для этих коэф. и вытекающие из них значения a и f.

Имеется заметное отличие данных разл. экспериментов для т_n, достигающее неск. процентов.

Описание электрослабого взаимодействия с участием H. при более высоких энергиях гораздо сложнее из-за необходимости учитывать структуру нуклонов. Напр., m^--захват, m^-p nv_m, описывается по крайней мере удвоенным числом констант. H. испытывает также электрослабое взаимодействие с др. адронами без участия лептонов. К таким процессам относятся следующие.

1) Распады гиперонов L np⁰, S⁺ np⁺, S^- np ^- и т. д. Приведённая вероятность этих распадов в неск. раз меньше, чем у нестранных частиц, что описывается введением угла Кабиббо (см. Кабиббо угол).

2) Слабое взаимодействие n - n или n - p, к-рое проявляется как ядерные силы, не сохраняющие пространств. чётность .Обычная величина обусловленных ими эффектов порядка 10^-6-10^-7.

Взаимодействие H. со средними и тяжёлыми ядрами имеет ряд особенностей, приводящих в нек-рых случаях к значит. усилению эффектов несохранения чётности в ядрах. Один из таких эффектов - относит. разность сечения поглощения H. с поляризацией по направлению распространения и против него, к-рая в случае ядра ¹³⁹La равна 7% при = 1,33 эВ, соответствуют щей р-волновому нейтронному резонансу. Причиной усиления является сочетание малой энергетич. ширины состояний компаунд-ядра и большой плотности уровней с противоположной чётностью у этого компаунд-ядра, обеспечивающей на 2-3 порядка большее смешивание компонент с разной чётностью, чем у низко лежащих состояний ядер. В результате ряд эффектов: асимметрия испускания g-квантов относительно спина захватываемого поляризов. H. в реакции (n, g), асимметрия вылета заряж. частиц при распаде компаунд-состояний в реакции (n, р) или асимметрия вылета лёгкого (или тяжёлого) осколка деления в реакции (n, f). Асимметрии имеют величину 10^-4-10^-3 при энергии тепловых H. В р-волновых нейтронных резонансах реализуется дополнит. усиление, связанное с подавленностью вероятности образования сохраняющей чётность компоненты этого компаунд-состояния (из-за малой нейтронной ширины р-резонанса) по отношению к примесной компоненте с противоположной четностью, являющейся s-резонан-сом. Именно сочетание неск. факторов усиления позволяет крайне слабому эффекту проявляться с величиной, характерной для ядерного взаимодействия.

Взаимодействия с нарушением барионного числа. Теоретич. модели великого объединения и суперобъединения предсказывают нестабильность барионов - их распад в лептоны и мезоны. Эти распады могут быть заметны только для легчайших барионов - p и п, входящих в состав атомных ядер. Для взаимодействия с изменением барионного числа на 1, DB = 1, можно было бы ожидать превращения H. типа: n е⁺p^-, или превращения с испусканием странных мезонов. Поиски такого рода процессов производились в экспериментах с применением подземных детекторов с массой в неск. тысяч тонн. На основании этих экспериментов можно сделать заключение, что время распада H. с нарушением барионного числа составляет более 10³² лет.

Др. возможный тип взаимодействия с DВ = 2 может привести к явлению взаимопревращения H. и антинейтронов в вакууме, т. е. к осцилляции . В отсутствие внеш. полей или при их малой величине состояния H. и антинейтрона вырождены, поскольку массы их одинаковы, поэтому даже сверхслабое взаимодействие может их перемешивать. Критерием малости внеш. полей является малость энергии взаимодействия магн. момента H. с магн. полем (n и n^~ имеют противоположные по знаку магн. моменты) по сравнению с энергией, определяемой временем T наблюдения H. (согласно соотношению неопределённостей), D <=hT ^-1. При наблюдении рождения антинейтронов в пучке H. от реактора или др. источника T есть время пролёта H. до детектора. Число антинейтронов в пучке растёт с ростом времени пролёта квадратично: /N_n~ ~ (T/t_осц)², где t_осц - время осцилляции.

Прямые эксперименты по наблюдению рождения и в пучках холодных H. от высокопоточного реактора дают ограничение t_осц > 10⁷ с. В готовящихся экспериментах можно ожидать увеличения чувствительности до уровня t_осц ~ 10⁹ с. Ограничивающими обстоятельствами являются макс. интенсивность пучков H. и имитация явлений аннигиляции антинейтронов в детекторе космич. лучами.

Др. метод наблюдения осцилляции - наблюдение аннигиляции антинейтронов, к-рые могут образовываться в стабильных ядрах. При этом из-за большого отличия энергий взаимодействий возникающего антинейтрона в ядре от энергии связи H. эфф. время наблюдения становится ~ 10^-22 с, но большое число наблюдаемых ядер (~10³²) частично компенсирует уменьшение чувствительности по сравнению с экспериментом на пучках H. Из данных подземных экспериментов по поиску распада протона об отсутствии событий с энерговыделением ~2 ГэВ можно заключить с нек-рой неопределённостью, зависящей от незнания точного вида взаимодействия антинейтрона внутри ядра, что t_осц > (1-3)^.10⁷ с. Существ. повышение предела t_осц в этих экспериментах затруднено фоном, обусловленным взаимодействием космич. нейтрино с ядрами в подземных детекторах.

Следует отметить, что поиски распада нуклона с DB = 1 и поиски -осцилляции являются независимыми экспериментами, т. к. вызываются принципиально разл. видами взаимодействий.

Гравитационное взаимодействие H. Нейтрон - одна из немногих элементарных частиц, падение к-рой в гравитац. поле Земли можно наблюдать экспериментально. Прямое измерение ускорения свободного падения для H. выполнено с точностью 0,3% и не отличается от макроскопического. Актуальным остаётся вопрос о соблюдении эквивалентности принципа (равенства инертной и гравитац. масс) для H. и протонов.

Самые точные эксперименты выполнены методом Эт-веша для тел, имеющих разные ср. значения отношения A/Z, где А - ат. номер, Z - заряд ядер (в ед. элементарного заряда е). Из этих опытов следует одинаковость ускорения свободного падения для H. и протонов на уровне 2·10^-9, а равенство гравитац. и инертной масс на уровне ~10^-12.

Гравитац. ускорение и замедление широко используются в опытах с ультрахолодными H. Применение гравитац. рефрактометра для холодных и ультрахолодных H. позволяет с большой точностью измерить длины когерентного рассеяния H. на веществе.

H. в космологии и астрофизике

Согласно совр. представлениям, в модели Горячей Вселенной (см. Горячей Вселенной теория)образование барионов, в т. ч. протонов и H., происходит в первые минуты жизни Вселенной. В дальнейшем нек-рая часть H., не успевших распасться, захватывается протонами с образованием ⁴He. Соотношение водорода и ⁴He при этом составляет по массе 70% к 30%. При формировании звёзд и их эволюции происходит дальнейший нуклеосинтез, вплоть до ядер железа. Образование более тяжёлых ядер происходит в результате взрывов сверхновых с рождением нейтронных звёзд, создающих возможность последоват. захвата H. нуклидами. При этом комбинация т. н. s-процесса - медленного захвата H. с b-распадом между последовательными захватами и r-процесса - быстрого последоват. захвата при взрывах звёзд в осн. может объяснить наблюдаемую распространённость элементов в космич. объектах.

В первичной компоненте космич. лучей H. из-за своей нестабильности вероятно отсутствуют. H., образующиеся у поверхности Земли, диффундирующие в космич. пространство и распадающиеся там, по-видимому, вносят вклад в формирование электронной и протонной компоненты радиационных поясов Земли.

Лит.: Гуревич И. С., Тарасов Л. В., Физика нейтронов низких энергий, M., 1965; Александров Ю. А.,. Фундаментальные свойства нейтрона, 2 изд., M., 1982.

В. M. Лобашов.

   <<      Предметный указатель      >>