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Il mwbgneutrone è una mwbwparticella subatomica composita (non mwcaelementare) con mwcqcarica elettrica netta pari a zero, costituita da un mwcgquark up e due mwcwquark down.cite-ref-1[1] In quanto formato da mweaquark appartiene alla famiglia degli mweqadroni, in particolare al gruppo dei mwegbarioni, con mwewnumero barionico +1.cite-ref-2[2] Avendo mwgaspin semi-intero (½ mwgq ℏ ℏ {\displaystyle \hbar } ) è un mwggfermione.cite-ref-3[3] Il suo simbolo è mwhwn, mentre il numero di neutroni presenti in un dato mwianucleo atomico ha simbolo mwiqN e corrisponde alla differenza tra il mwignumero di massa mwiwA e il mwjanumero atomico mwjqZ.cite-ref-4[4] Il neutrone non è stabile come particella isolata: è soggetto al mwkgdecadimento beta negativo, dando origine a un mwkwprotone, un mwlaelettrone e un mwlqantineutrino.cite-ref-5[5]

I neutroni, insieme ai protoni, entrano a far parte dei mwmwnuclei degli mwnaelementi chimici facendo sì che esistano gli mwnqisotopi di un elemento, che infatti differiscono solo per il numero di neutroni nel loro nucleo; fa eccezione il nucleo più semplice, il mwngpròzio, primo isotopo dell'mwnwidrogeno, che contiene solo un protone ed è stabile. Eccetto questo caso, la presenza dei neutroni nel nucleo è essenziale per la loro stabilità.

Al crescere del numero di massa dei diversi elementi, il numero di neutroni negli isotopi stabili di un elemento tende a crescere maggiormente rispetto al numero di protoni (numero atomico): il rapporto mwoqN/mwogZ, che per elementi leggeri è intorno a 1, può arrivare a circa 1,5 e anche un po' oltre per quelli più pesanti.cite-ref-6[6]

La sua mwqaantiparticella è l'mwqqantineutrone,cite-ref-7[7] che ha la stessa massa, carica (nulla) e spin ed è composto dagli mwrgantiquark corrispondenti ai quark del neutrone. L'antineutrone è ugualmente soggetto al decadimento beta, con la stessa vita media e la stessa mwrwenergia di decadimento, dando luogo a un mwsaantiprotone, un mwsqpositrone e un mwsgneutrino elettronico. Il suo numero barionico è -1, l'opposto di quello del neutrone.

• Storia ed etimologia

• Proprietà

• Instabilità

• Neutralità

• Penetrazione

• Pericolosità

• Evanescenza

• Immanovrabilità

• Sviluppi

• Note

• Bibliografia

• Voci correlate

• Altri progetti

• Collegamenti esterni

Nel 1930, in mwuwGermania, mwvaWalther Bothe e Herbert Becker osservarono che, se le particelle alfa del mwvgpolonio, dotate di grande energia, incidevano su nuclei di elementi leggeri, specificatamente mwvwberillio, mwwaboro e mwwqlitio, veniva prodotta una radiazione particolarmente penetrante. In un primo momento, si ritenne che potesse trattarsi di radiazione gamma, sebbene si mostrasse più penetrante dei mwwgraggi gamma allora conosciuti e i dettagli dei risultati sperimentali fossero difficili da interpretare in tali termini.

Il successivo contributo fu apportato negli anni tra il 1931 e il 1932 da mwxaIrène Curie e suo marito mwxqFrédéric Joliot-Curie a mwxgParigi: essi mostrarono che questa radiazione misteriosa, se colpiva mwxwparaffina o altri composti contenenti mwyaidrogeno, ne provocava l'espulsione di protoni di alta energia. Ciò non era del tutto in contrasto con l'ipotesi di radiazione gamma; tuttavia, un'analisi quantitativa dettagliata rendeva difficile accettare questa ipotesi. All'inizio del 1932, il fisico mwyqJames Chadwick, in mwygInghilterra, eseguì una serie di misurazioni che mostrarono come l'ipotesi dei mwywraggi gamma non fosse in grado di spiegare completamente i dati sperimentali. Egli ipotizzò che la radiazione penetrante del berillio consistesse in particelle neutre dotate di massa approssimativamente uguale a quella dei protoni, la cui esistenza era stata proposta più di un decennio prima, senza che fossero stati realizzati esperimenti efficaci per rivelarla; pubblicò la sua scoperta nel 1932.cite-ref-8[8]

A questa particella neutra scoperta da Chadwick venne dato il nome di neutrone, ma fu il chimico W. D. Harkins a coniare per esso tale denominazione diversi anni prima (1921),cite-ref-9[9] quando il neutrone era ancora solo ipotizzato, sebbene attivamente cercato.cite-ref-10[10]cite-ref-11[11] A differenza che nel caso del protone, il cui nome mwdqRutherford fece derivare integralmente dal mwdggreco (radice e suffisso),cite-ref-12[12] il nome neutrone deriva dalla radice dell'aggettivo mwewlatino mwfaneutralis, o anche da mwfqneuter, (neutrocite-ref-13[13]), cioè mwggneutr-, cui venne aggiunto il suffisso mwgw-oncite-ref-14[14] (mwia-one, in italianocite-ref-15[15]), suffisso che si suole dare alle particelle materiali e non materiali del mondo microscopico (mwjqmesone, mwjgmuone, mwjwfotone, mwkafonone, mwkqeccitone, etc.), o anche a intere classi di particelle (mwkgfermioni, mwkwbosoni).cite-ref-16[16]cite-ref-17[17]

L'antineutrone venne scoperto oltre trent'anni dopo, nel 1956, da un gruppo di fisici al mwnqBevatron, Bruce Cork, Glen Lambertson, mwngOreste Piccioni, e William Wenzel.cite-ref-18[18]

Il neutrone ha una mwpgmassa a riposo di 1,008664mwpw mwqaucite-ref-19[19] o 939,565mwrq mwrgMeV/mwrwc²,cite-ref-20[20] leggermente superiore a quella del mwtqprotone (1,007276mwtg u o 938,272mwtw MeV/mwuac²):cite-ref-21[21] questo comporta che, contrariamente al protone, al di fuori del nucleo esso sia instabile:cite-ref-22[22] mwwqdecade in un protone, un mwwgelettrone e un mwwwantineutrino elettronico, secondo la reazione:

mwxq n → → p + e − − + ν ν ¯ ¯ e {\displaystyle n\to p+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}

(mwxwdecadimento beta); l'energia rilasciata è mwya0,782±0,013 MeV e si manifesta come mwyqenergia cinetica delle particelle prodotte; Questa mwygenergia di decadimento risulta dalla differenza, moltiplicata per mwywc², tra la massa a riposo del neutrone e la somma di quella del protone (938,272mwza MeV/mwzqc²), dell'mwzgelettrone (0,511mwzw MeV/mw0ac²) e dell'mw0qantineutrino (trascurabile).cite-ref-23[23] In rarissimi eventi di tale decadimento l'elettrone emesso resta unito al protone prodotto, formando un atomo di idrogeno e l'antineutrino si porta via la grande maggioranza dell'energia di decadimento.cite-ref-24[24] La mw2gvita media del neutrone è di circa 15mw2w minuti;cite-ref-25[25] il valore accurato, riportato nell'edizione del 2018 della mw4aReview of Particle Physics è di 880,2mw4q ±mw4g 1,0mw4w s.cite-ref-26[26]

Il neutrone legato, cioè quello presente in un nucleo atomico, in diversi casi è stabile, ma in molti altri può decadere: lo fa in maniera analoga a quando è libero in tutti i casi in cui quel nucleo è soggetto a mw6qdecadimento beta negativo, come ad esempio accade per il nuclide mw6g14C (mw6wradiocarbonio):cite-ref-27[27]

mw8q14C mw8g mw8w →mw9a mw9q mw9g14N + mw9wemw-a− + anti-mw-qν

La proprietà distintiva dei neutroni, già ipotizzata in precedenza e poi trovata sperimentalmente all'atto della scoperta, è l'assenza di mw-acarica elettrica (mw-qq = 0), e ciò è in accordo con il fatto che risulta composto da due mw-gquark down e un mw-wquark up:

mwaqi q n = 2 q d + q u = 2 ⋅ ⋅ ( − − 1 3 ) e + ( 2 3 ) e = 0 {\displaystyle q_{n}=2q_{d}+q_{u}=2\cdot \left(-{\frac {1}{3}}\right)e+\left({\frac {2}{3}}\right)e=0}

La carica elettrica nulla è alla base della loro alta capacità di penetrazione e della difficoltà di manipolazione. Inoltre sono assenti delle sorgenti naturali importanti, ulteriore motivo del ritardo della scoperta del neutrone rispetto alle altre due particelle che compongono l'atomo.

Nonostante l'assenza di carica elettrica complessiva, il neutrone presenta un mwaqumomento magnetico, per il quale sente l'influenza di mwaqycampi magnetici.cite-ref-28[28]

Le particelle cariche (come i protoni, gli elettroni e le particelle alfa) perdono energia nell'attraversare la materia, principalmente a causa delle forze elettromagnetiche che ionizzano gli atomi con cui tali particelle interagiscono. Il neutrone risente debolmente di queste forze in quanto ha carica elettrica nulla. Tuttavia il neutrone è soggetto all'azione della mwaq4forza nucleare forte, caratterizzata da un corto raggio d'azione, efficace soltanto nelle vicinanze di un nucleo. Per cui il neutrone si comporta in modo simile ad una sfera solida (probabilmente quanto di più lontano esista dal neutrone sotto moltissimi altri aspetti) che impatta altri corpi solidi (i nuclei del mezzo). Un neutrone libero prosegue il suo tragitto indisturbato fino a quando non urta "frontalmente" con un nucleo.

A causa della ridotta sezione trasversale dei nuclei rispetto allo spazio che li separa gli uni dagli altri, queste collisioni avvengono molto raramente e i neutroni percorrono grandi distanze prima di collidere. Distanze ancora maggiori vengono percorse prima di essere assorbiti da un nucleo, tanto maggiori quanto maggiore è la velocità del neutrone: la mwaradose assorbita da un materiale irraggiato con neutroni è tanto maggiore e tanto più concentrata in superficie quanto più bassa è la loro velocità:cite-ref-29[29]

• i neutroni mwarcveloci da fissione (10mwarg keV-10mwark MeV) depositano energia principalmente attraverso l'mwarourto elastico con più nuclei leggeri in successione, con cammini liberi medi di trasporto che vanno dal centimetro alla decina di centimetri in acqua e tessuti biologici. La dose assorbita è dovuta alle ionizzazioni causate dal rinculo di nuclei leggeri secondari.

• i neutroni mwarwdi risonanza (1mwar0 keV-1mwar4 MeV) depositano energia principalmente per assorbimento quando la loro energia corrisponde ad una mwar8frequenza di risonanza di un nucleo vicino.

• i neutroni mwaselenti (energia < 0,5mwasi eV) hanno bassa lunghezza di trasporto, da qualche frazione di millimetro al centimetro, e grande mwasmsezione d'urto di assorbimento: anche in questo caso l'assorbimento è il principale tipo di interazione.

La loro mwatumassa a riposo maggiore di quella di altri tipi di mwatyradiazione li rende più pericolosi per i mwatctessuti biologici una volta che abbiano interagito e può dare esito nei tessuti biologici e nei materiali ordinari a rilascio secondario di mwatgraggi gamma per mwatkcattura neutronica (ad esempio con l'idrogeno risulta in un mwatodeutone e in un mwatsfotone da 2,2mwatw MeV), a mwat0trasmutazione e talora a mwat4spallazione (per esempio l'attivazione dell'mwat8azoto-14 in mwauacarbonio-14 con rilascio di un protone o la spallazione del mwauepiombo sfruttata nei sistemi guidati da acceleratore), causando trasmutazione e per i transuranici mwauifertilizzazione. Il loro mwaumfattore di pericolosità mwauquna volta assorbiti rispetto alle mwauuradiazioni gamma vale:

mwaug w n = 5 + 17 exp ⁡ ⁡ ( − − ( ln ⁡ ⁡ 2 E M e V ) 2 6 ) {\displaystyle w_{n}=5+17\,\exp \left(-{\frac {(\ln {\frac {2E}{\mathrm {MeV} }})^{2}}{6}}\right)}

e cioè a seconda della loro mwauoenergia passano da una pericolosità rispettivamente 5 volte maggiore dei mwausfotoni se sono mwauwtermici (E < 10mwau0 keV) o 25 volte maggiore se sono mwau4veloci mwau8(100 keV < E < 2 MeV). Si noti però che questo fattore non tiene conto della precedente proprietà di penetranza, quindi la pericolosità relativa di un fascio veloce rispetto ad uno termico è in realtà sovrastimata da questo fattore.

La rivelazione indiretta dei neutroni si basa sulla trasmissione del moto ad atomi leggeri del mezzo che avviene nelle collisioni elastiche: un nucleo molto pesante acquisisce per mwaviurto elastico una piccola frazione della mwavmquantità di moto; invece un protone (che ha una massa approssimativamente pari a quella del neutrone) viene proiettato in avanti con una frazione significativa della velocità originaria del neutrone, che a sua volta rallenta. Dato che i nuclei messi in moto mediante queste collisioni sono carichi, producono ionizzazione e possono essere facilmente rilevati sperimentalmente.

Le particelle cariche possono essere accelerate, decelerate e deflesse dal mwavycampo elettrostatico, che però non ha praticamente effetto sui neutroni, rendendoli manovrabili solo con mwavccampo magnetico dato il loro momento di mwavgdipolo magnetico piuttosto alto rispetto al mwavkmomento di quantità di moto intrinseco. Il segno negativo di tale momento magnetico simula la rotazione di cariche negative in senso antiorario intorno alla direzione dello spin. L'unico mezzo per controllare i neutroni liberi è quello di porre dei nuclei sulla loro mwavotraiettoria, in modo che i neutroni vengano rallentati, deflessi o assorbiti nella collisione. Questi sono i principali effetti regolatori nei reattori e nelle armi nucleari.

L'esistenza di pacchetti stabili di quattro neutroni, o mwav0tetraneutroni, è stata ipotizzata da un gruppo guidato da Francisco-Miguel Marqués del mwav8CNRS Laboratory for Nuclear Physics, basandosi sulla disintegrazione di nuclei di mwawaberillio-14. La teoria corrente suppone che questi pacchetti non dovrebbero essere stabili e quindi non dovrebbero esistere.

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• mwasoMagnetone nucleare

• mwaswFissione nucleare

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