В недавнем видео мы обсуждали, что для определения времени жизни нейтрона его нужно каким-то образом изловить. И, само собой, появился вопрос как это сделать, если обычно с частицами работают по логике "Есть заряд - можно толкать и тянуть с помощью электричества, магнит - регулирует движение.
Но нейтрон... У него нет электрического заряда, он нейтрален. Это значит, что стандартная идея тут работать не будет. Он не оттолкнётся и не притянется полем. И всё же, ученые нашли способ с ним работать. Давайте разберемся как.
Что делать с нейтроном?
Электроны и протоны реагируют на электромагнитные поля. Нейтрон не реагирует. Электрический заряд у него нулевой, и это делает его невидимкой для большинства приборов. Магниты тоже почти бессильны. Хотя у нейтрона есть собственный магнитный момент, его недостаточно, чтобы управлять им как электронным пучком в телевизоре.
Чтобы управлять нейтронами, физики используют совсем другие методы:
- Нейтроны активно взаимодействуют с ядрами атомов, особенно с водородом, бериллием и литием. Например, вода отлично замедляет быстрые нейтроны, превращая их в медленные. Именно так устроены нейтронные замедлители в реакторах. Они успокаивают нейтроны, чтобы они могли вызвать цепную реакцию.
- Нейтроны, как и все частицы с массой, подчиняются гравитации. Для экспериментов с ультрахолодными нейтронами строят гравитационные ловушки, где частицы медленно падают и отскакивают, позволяя измерять их жизнь с точностью до секунд.
- Несмотря на отсутствие заряда, нейтрон имеет свой магнитный момент. Используя очень сильные магнитные поля, физики могут слегка направлять нейтроны. Этого достаточно для высокоточных экспериментов, но не для толкания в прямом смысле.
- Нейтроны отражаются от некоторых веществ. Это довольно занятные свойства. Специальные покрытия на основе никеля или бериллия могут отбивать ультрахолодные нейтроны почти как мячик о стенку, удерживая их в замкнутом пространстве для изучения. Это называется поверхностями Ферми.
На практике для изучения часто используют ловушки, которые работают по комбинированному принципу.
Работа с нейтронами на практике
В лабораториях нейтроны часто производят с помощью ядерных реакций или специальных ускорителей. Быстрые нейтроны сначала замедляют через замедлители, затем направляют в экспериментальные установки. Поскольку они невидимы для обычных сенсоров, ученые фиксируют их через вторичные эффекты - столкновения с ядрами, испускание гамма-лучей или создание радиоактивных изотопов. По этим косвенным сигналам можно увидеть, где нейтрон находится и что делает.
Физикам нужно уметь управлять нейтронами, потому что во многом они - ключ к пониманию глубинной структуры вещества. Электроны рассказывают нам о поверхности атома, о его оболочке, но нейтрон заглядывает внутрь в ядро. С помощью нейтронных пучков можно изучать, как устроены атомные ядра, как взаимодействуют элементарные частицы и из чего в конечном счёте состоит вещество. Это даёт ответы на вопросы о стабильности материи, происхождении элементов во Вселенной и даже о том, почему существует масса.
Кроме того, нейтроны полезный инструмент прикладной науки. Управление нейтронами нужно и в ядерной энергетике. Потому не стоит думать, что это якобы незаметная частица не имеет никакой научной значимости.
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram!
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями