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(以下は英語版からの訳)
中性子は、電荷が0(中性)の粒子で、陽子とほぼ同じ質量を持つ。水素の最も一般的な同位体の原子核(陽子1個でできている)を唯一の例外として、ほとんどの原子の原子核は、陽子と中性子から構成されている。原子核の外では中性子は不安定であり、約15分の平均寿命(約10分の半減期)で、陽子と電子および反電子ニュートリノに崩壊する。同様な崩壊(ベータ崩壊)が何種類かの原子核にも起こる。核内の粒子は、中性子と陽子の間の共鳴状態であり、中性子と陽子は互いにパイ中間子を放出・吸収して移り変わっている。中性子はバリオンの1種類であり、ヴァレンス・クォーク模型の見方をとれば、2個のダウンクォークと1個のアップクォークで構成されている。
中性子の最も特徴的な性質は、その電荷が0であるということである。この特性は、中性子の発見を遅らせ、中性子の透過性を増し、直接に観測されることを妨げ、原子核の核種変換に使う物質として重要にしている。
同様に通常の状態では荷電していない原子は、中性子よりも一万倍大きく、正電荷を持つ原子核の周りに負電荷を持つ電子が広く分布しているという系になっていため、上記の中性子の特徴を持たない。
荷電粒子(陽子、電子やアルファ粒子など)や(ガンマ線のような)電磁波は、物質中を通る際にエネルギーを失う。通過する物質の原子をイオン化する電磁的な 力によって費やされる。イオン化に費やされたエネルギーはすなわち、荷電粒子の失ったエネルギーであり、その結果、荷電粒子は減速し、ガンマ線は吸収される。しかし、中性子は、そのような過程でエネルギーを失わない。中性子は、原子の原子核にとても近づいたときに、非常に短距離でのみ働く核力によって影響されるだけである。従って、自由な中性子は、原子核と「正面」衝突するまで直進する。原子核は非常に小さな断面積をもつので、そのような衝突はまれにしか起こらず、中性子は衝突までに長い行程を飛ぶことになる。
In the case of a collision of the elastic type, the ordinary laws of 運動量 apply as they do in the elastic collision of billiard balls. If the nucleus that is struck is heavy, it acquires relatively little speed, but if it is a proton, which is approximately equal in mass to the neutron, it is projected forward with a large fraction of the original speed of the neutron, which is itself correspondingly slowed. Secondary projectiles resulting from these collisions may be detected, for they are charged and produce ionization.
電気的に中性であるという中性子の性質は、観測だけでなく、制御をも難しくさせている。荷電粒子は加速、減速、軌道修正が電磁場によって可能であるが、それらは中性子には影響しない。さらに、自由な中性子は核分裂からのみ得られ、自然界には存在しない。
The only means we have of controlling free neutrons is to put nuclei in their way so that they will be slowed and deflected or absorbed by collisions. These effects are of great practical importance in 原子炉s and 核兵器s.
In 1930年 W. Bothe and H. Becker in ドイツ found
that if the very energetic natural アルファ粒子
from ポロニウム fell on certain of the light elements,
specifically ベリリウム, ホウ素, or リチウム,
an unusually penetrating radiation was produced.
At first this radiation was thought to be gamma radiation although
it was more penetrating than any gamma rays known,
and the details of experimental results were very difficult
to interpret on this basis.
The next important contribution was reported in 1932年 by Irene Curie
and F. Joliot in パリ.
They showed that if this unknown radiation fell
on パラフィン or any other 水素-containing
compound it ejected protons of very high energy.
This was not in itself inconsistent with the assumed gamma ray nature
of the new radiation, but detailed quantitative analysis
of the data became increasingly difficult to reconcile with such an hypothesis.
Finally (later in 1932) the physicist James Chadwick in イギリス
performed a series of experiments showing that the gamma ray hypothesis
was untenable. He suggested that in fact the new radiation consisted of
uncharged particles of approximately the mass of the 陽子,
and he performed a series of experiments verifying his suggestion.
Such uncharged particles are now called neutrons.
発見
現在の進展
The existence of stable clusters of four neutrons,
or tetraneutrons, has been hypothesised
by a team led by Francisco-Miguel Marqués
at the CNRS Laboratory for Nuclear Physics
based on observations of the disintegration of ベリリウム-14 nuclei.
This is particularly interesting,
because current theory suggests that these clusters should not be stable,
and therefore not exist.