נייטרון

נֵיטְרוֹן (Neutron; מלטינית: "שאינו נוטה לשום צד". ידוע בעברית גם באיות ובשמות: ניוטרון, נויטרון) הוא נוקליאון חסר מטען חשמלי. מסת המנוחה שלו היא כ-939.6 MeV, או כ-1.008665 יחידות מסה אטומית מאוחדת,^[1][2] מעט יותר מזו של הפרוטון, שמסתו כ-938.3 MeV.

נייטרון
Neutron

נייטרון מכיל שלושה קווארקי ערכיות, udd. הגלואונים, המסומנים כגלים, נושאים את הכוח החזק הקושר בין הקווארקים
מידע כללי
הרכב	האדרון
סטטיסטיקה	פרמיון
קבוצת שיוך	באריון נוקליאון
אנטי-חלקיק	אנטינייטרון
סמל	n
תכונות
מסת מנוחה	‎1.674927471×10-27‎ kg 939.5654133 MeV/c2
מטען חשמלי	0 e
ספין	1⁄2 ħ
מספר לפטוני	0
מספר באריוני	1
מטען צבע	0
אינטראקציות	הכוח החזק, הכוח החלש, כבידה הכוח הגרעיני (כשנמצא בגרעין)
הרכב קווארקים	udd
אורך חיים	881.5 שניות (חלקיק חופשי) יציב (כשנמצא בגרעין)
היסטוריה
נצפה?	כן
תאריך גילוי	1932
מגלה	ג'יימס צ'דוויק
ניסוי	מדידת פיזור של פרוטונים
מוסד	מעבדת קוונדיש של אוניברסיטת קיימברידג'
הכרה	פרס נובל לפיזיקה לשנת 1935

הגרעין של כל סוגי האטומים, למעט האיזוטופ הנפוץ של מימן, המורכב מפרוטון אחד בלבד, מורכב מפרוטונים ונייטרונים. בתוך הגרעין, הנוקליאונים חווים תנודה (oscillation) בלתי פוסקת בין נייטרונים לפרוטונים, המותמרים מאחד לשני על ידי פליטה וקליטה של פאיונים. כאשר שני אטומים הם של אותו יסוד כימי (כלומר, הם בעלי מספר אטומי זהה) אך לכל אחד מהם יש מספר שונה של נייטרונים (כלומר, הם בעלי מספר מסה שונה), הם מהווים איזוטופים שונים של אותו יסוד.

מחוץ לגרעין, הנייטרון בלתי יציב ובעל אורך חיים ממוצע של כ־880 שניות בלבד.^[3] דעיכת נייטרון מתרחשת גם בגרעינים של אטומים לא יציבים, כלומר, רדיואקטיביים.

הנייטרון מכיל שלושה קווארקי ערכיות (valence quarks), שני קווארקי למטה (d) וקווארק למעלה (u) אחד. לפיכך, הנייטרון הוא באריון. בדעיכת בטא מינוס, אחד הקווארקים מסוג d שבנייטרון — שמסתו גדולה ממסת קווארק u — דועך לקווארק u ולבוזון W^-. בוזון ה-W^- דועך תוך כ-‎3×10^-25‎ שניות לאלקטרון ולאנטי-נייטרינו אלקטרוני.

למרות שגם האטום במצבו הרגיל נטול מטען חשמלי, האטום גדול פי 10,000 לערך מהנייטרון ומורכב ממערכת מסובכת של אלקטרונים, בעלי מטען חשמלי שלילי, המפוזרים במסלולים נרחבים סביב גרעין טעון חיובית. חלקיקים בעלי מטען חשמלי, כגון פרוטונים, אלקטרונים וחלקיקי אלפא (גרעיני הליום), כמו גם קרינה אלקטרומגנטית (כגון קרינת גמא), מאבדים אנרגיה במעבר דרך חומר. הם מפעילים כוחות חשמליים המייננים את אטומי החומר דרכו הם עוברים. האנרגיה הנלקחת לצורך יינון שווה לאנרגיה שאבדה לחלקיקים הטעונים במעבר החומר, דבר הגורם להאטה, או על ידי קרינת גמא הנספגת. לעומת זאת, הנייטרון אינו מושפע על ידי כוחות אלו. הוא מושפע רק מהכוח הגרעיני, בעל טווח הפעולה הקצר מאוד, המשחק תפקיד רק כשהנייטרון מתקרב מאוד לגרעין האטום. לפיכך, נייטרון חופשי נע בדרכו ללא הפרעה עד שהוא מתנגש ישירות עם גרעין האטום. מכיוון שהנפח שתופס גרעין האטום הוא קטן מאוד, התנגשויות אלו קורות לעיתים נדירות והנייטרון עובר מרחק רב לפני ההתנגשות.

במקרה של התנגשות אלסטית, כללי ההתמדה הרגילים פועלים כבמקרה של התנגשות אלסטית בין כדורי ביליארד. אם הגרעין שבו התנגש הנייטרון הוא כבד, הוא צובר מהירות מעטה יחסית, אך אם ההתנגשות הייתה עם פרוטון שמסתו שוות ערך למסת הנייטרון, הפרוטון נזרק קדימה במהירות קרובה למהירות המקורית של הנייטרון, שבמקביל מואט בהתאם. התנגשויות משניות כתוצאה מכך ניתנות לאיתור מכיוון שהחלקיקים המושפעים מהתנגשויות אלו טעונים במטען חשמלי וגורמים ליינון.

טבעו נטול המטען של הנייטרון מקשה על השליטה עליו, בנוסף להיותו קשה לאיתור. ניתן להאיץ, להאט או להסיט חלקיקים טעונים באמצעות שדות חשמליים או מגנטיים, אבל לאלו אין השפעה על נייטרונים. הדרך היחידה שבידינו לשלוט על נייטרונים חופשיים היא להציב גרעינים בנתיבם כך שהם יואטו, יוסטו או ייספגו בהתנגשויות. לתופעות אלו חשיבות מעשית גדולה בכורים גרעיניים ובנשק גרעיני.