Neutron
Das Neutron (Plural Neutronen) ist ein elektrisch neutrales Baryon mit dem Formelzeichen n. Es ist neben dem Proton Bestandteil fast aller Atomkerne und somit der uns vertrauten Materie. Neutron und Proton, gemeinsam Nukleonen genannt, gehören als Baryonen zu den Fermionen und den Hadronen.
Wenn ein Neutron nicht in einem Atomkern gebunden ist – man nennt es dann auch „frei“ – ist es instabil, allerdings mit vergleichsweise langer mittlerer Lebensdauer von 878 s (dies entspricht einer Halbwertszeit von ca. 610 Sekunden). Es wandelt sich durch Betazerfall um in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino. Freie Neutronen finden in Form von Neutronenstrahlung Verwendung. Sie sind entscheidend wichtig in Kernreaktoren.
Physikalische Beschreibung[Bearbeiten]
Elementare Eigenschaften[Bearbeiten]
Das Neutron trägt keine elektrische Ladung (daher der Name), aber ein magnetisches Moment von −1,91 Kernmagnetonen. Seine Masse beträgt rund 1,675 · 10−27 kg (1,008 665 u). Es ist als Baryon aus drei Quarks zusammengesetzt – einem up-Quark und zwei down-Quarks (Formel udd). Das Neutron hat den Spin 1/2 und ist damit ein Fermion. Als zusammengesetztes Teilchen ist es räumlich ausgedehnt mit einem Durchmesser von ca. 1,7 · 10−15 m. Der mittlere quadratische Ladungsradius beträgt ⟨r2⟩ = −0,1155(17) fm2. Diesen von null verschiedenen, negativen Wert kann man so interpretieren, dass die negativ geladenen down-Quarks im Mittel etwas weiter vom Zentrum entfernt sind, als das up-Quark.
Das Antiteilchen des Neutrons ist das Antineutron, das erstmals 1956 von Bruce Cork am Bevatron bei Proton-Proton-Stößen nachgewiesen wurde.
Ein kurzlebiges, beobachtbares, aber nicht gebundenes System aus zwei Neutronen ist das Dineutron.
Elementare Wechselwirkungen[Bearbeiten]
Das Neutron unterliegt allen in der Physik bekannten vier Wechselwirkungen: der Gravitationskraft, der starken, der elektromagnetischen und der schwachen Wechselwirkung.
Die starke Wechselwirkung – genauer die Kernkraft, eine Art Restwechselwirkung der zwischen den Quarks wirkenden starken Wechselwirkung – ist dafür verantwortlich, dass Neutronen in Kernen gebunden sind, und bestimmt auch das Verhalten von Neutronen bei Stößen mit Atomkernen.
Das Neutron ist zwar elektrisch neutral und unterliegt damit nicht der elektrostatischen Anziehung oder Abstoßung, aber aufgrund seines magnetischen Moments trotzdem der elektromagnetischen Wechselwirkung. Diese Tatsache sowie die räumliche Ausdehnung sind klare Indizien dafür, dass das Neutron ein zusammengesetztes Teilchen ist.
Die schwache Wechselwirkung ist verantwortlich für den Betazerfall des (freien, s. unten) Neutrons in ein Proton, ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino.
