นิวตรอน

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

โครงสร้างภายในของนิวตรอน

นิวตรอน (อังกฤษ: Neutron) เป็นอนุภาคที่เป็นกลางไม่มีประจุไฟฟ้าอยู่ในนิวเคลียส มีจำนวนใกล้เคียงกับโปรตอนแต่อาจแตกต่างกันได้ เช่น ในฮีเลียมมีนิวตรอน 2 ตัว เท่ากับโปรตอน แต่ในเหล็กมี 30 ตัว และในยูเรเนียมมีนิวตรอนถึง 146 ตัว นิวตรอนอาจเกิดจากการอัดอิเล็กตรอนกับโปรตอนดังเช่นในดาวฤกษ์มวลมาก นิวตรอนเกิดจากควาร์กอัพ 1 อนุภาค และควาร์กดาวน์ 2 อนุภาค มีน้ำหนัก 1.67x10 ^{− 27} กรัม ซึ่งเท่ากับโปรตอน คำว่า "นิวตรอน" มาจากภาษากรีก neutral ที่แปลว่า เป็นกลาง

เออร์เนสต์ รูเทอร์ฟอร์ด เป็นผู้ตั้งทฤษฎีการมีอยู่ของนิวตรอนเมื่อปี ค.ศ. 1920 โดยเขาพบว่าอะตอมของธาตุทุกชนิด เลขมวลจะมีค่า้ใกล้เคียงกับ 2 เท่าของเลขอะตอมเสมอ จึงสันนิษฐานได้ว่ามีอนุภาคอีกชนิดหนึ่งที่ยังไม่ถูกค้นพบ

[แก้] การค้นพบ

ในปี ค.ศ. 1931 วอลเทอร์ โบธ์และเฮอร์เบิร์ต เบ็กเกอร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันพบว่า ถ้าอนุภาคแอลฟาพลังงานสูงมากถูกปล่อยจากพอโลเนียม แล้วกระทบกับวัตถุบางๆ เช่น เบริลเลียม โบรอน หรือลิเทียม จะเกิดรังสีชนิดหนึ่งที่มีอำนาจทะลุทะลวงผิดปกติขึ้น เป็นรังสีที่มีอานุภาพมากกว่ารังสีแกมมา แต่ผลการทดลองไม่สา่มารถอธิบายได้โดยง่าย ในปีต่อมา เฟรเดอริกและอีเรน โจเลียต-คูรี พบว่า ถ้ารังสีชนิดดังกล่าวตกลงบนพาราฟินหรือสารเนื้อผสมใดๆ ที่มีไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบ สารนั้นจะปลดปล่อยโปรตอนหลายตัวด้วยพลังงานสูง ซึ่งขัดแย้งกับสมบัติของรังสีแกมมาตามธรรมชาติ แต่ผลการวิเคราะห์ข้อมูลยังไม่เป็นที่ยอมรับ

นิวตรอนถูกค้นพบโดย เซอร์ เจมส์ แชดวิก (Sir James Chadwick) ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ในปี ค.ศ. 1932 โดยแชดวิกได้ทำการทดลองโดยการยิงอนุภาคแอลฟาจากพอโลเนียมใส่แผ่นโบรอนบางๆ และรองรับอนุภาคด้วยเครื่องตรวจจับที่บรรจุแก๊สไนโตรเจนไว้ภายใน พบว่ามีอนุภาคหนึ่งหลุดมาและเป็นกลางทางไฟฟ้า จึงตั้งชื่อให้ว่า "นิวตรอน" ^[1] โดยการทดลองของทอมสัันและโกลด์สตีนที่ใช้หลอดรังสีแคโทดไม่สามารถตรวจพบนิวตรอนได้ เพราะนิวตรอนไม่มีปฏิกิริยากับขั้วแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการทดลอง

[แก้] คุณสมบัติ

[แก้] ความเสถียรและการสลายให้อนุภาคบีตา

ไดอะแกรมของเฟย์นแมน (Feynman's Diagram) แสดงให้เห็นการสลายตัวของนิวตรอน เป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนแอนตินิวตริโน ชนิดละ 1 ตัว

จากแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค นิวตรอนประกอบไปด้วยควาร์กอัพ 1 ตัว ซึ่งมีประจุไฟฟ้า +²⁄₃ e และควาร์กดาวน์ 2 ตัว แต่ละตัวมีประจุไฟฟ้า -¹⁄₃ e และรวมเป็น -²⁄₃ e ซึ่งหักล้างกับควาร์กอัพ นิวตรอนจึงมีประจุไฟฟ้าเป็นศูนย์ เมื่ออยู่นอกนิวเคลียส นิวตรอนอิสระจะมีชีวิตอยู่ได้เพียง 885.7±0.8 วินาที (14 นาทีกับ 46 วินาที) เท่านั้น ส่วนครึ่งชีวิตของมันอยู่ที่ 613.9±0.8 วินาที (10 นาที 14 วินาที)

การปลดปล่อยพลังงานของอนุภาค W โบซอน สามารถทำให้ควาร์กดาวน์เปลี่ยนเป็นควาร์กอัพได้ และนั่นจะทำให้นิวตรอนสลายตัวให้โปรตอน อิเล็กตรอน และอิเล็กตรอนแอนตินิวตริโน ชนิดละ 1 ตัว ปฏิกิริยานี้เรียกว่า "การสลายให้อนุภาคบีตา" ^[2] ดังสูตรตามนี้

n⁰ → p⁺ + e⁻ + νe

ทั้งนี้ นิวตรอนในนิวเคลียสที่ไม่เสถียรก็สามารถสลายตัวในลักษณะนี้ได้ อย่างไรก็ตาม โปรตอนก็สามารถสลายตัวกลับเป็นนิวตรอนได้เช่นกันผ่านกระบวนการกักอิเล็กตรอน หรือกระบวนการย้อนกลับของการสลายให้อนุภาคบีตา และให้โพซิตรอนกับอิเล็กตรอนนิวตริโนชนิดละ 1 ตัวเช่นกัน ดังนี้

p⁺ → n⁰ + e⁺ + νe

แต่ถ้าโปรตอนรวมตัวกับอิเล็กตรอน จะปลดปล่อยนิวตรอนและอิเล็กตรอนนิวตริโนชนิดละ 1 ตัว ดังนี้

p⁺ + e⁻ → n⁰ + νe

การกักโพซิตรอนด้วยนิวตรอนภายในนิวเคลียสที่มีนิวตรอนมากเกินไปสามารถเกิดขึ้นได้ แต่จะถูกกีดกันจากนิวเคลียส และจะถูกทำลายล้างลงเมื่อปะทะกับอิเล็กตรอน

เมื่อมีพันธะกับนิวเคลียส ความไม่เสถียรของนิวตรอนเดี่ยวจะถูกนิวเคลียสทำให้เสถียร ถ้าโปรตอนที่เพิ่มมากขึ้นทำให้เกิดปฏิกิริยากับโปรตอนตัวอื่นๆ ในนิวเคลียสเอง แม้ว่านิวตรอนจะไม่เสถียร นิวตรอนก็ไม่จำเป็นต้องมีพันธะ สาเหตุนี้สามารถอธิบายได้ว่าทำไมโปรตอนเสถียรที่อยู่ในอวกาศจึงเปลี่ยนสภาพเป็นนิวตรอนเมื่อเกิดพันธะภายในนิวเคลียส

[แก้] โครงสร้าง

จากบทความที่เขียนขึ้นในปี ค.ศ. 2007 ที่แสดงผลการวิเคราะห์แบบจำลองอิสระได้สรุปว่า นิวตรอนมีโครงสร้าง 3 ชั้น ชั้นนอกและแก่นมีประจุไฟฟ้า้เป็นลบ ส่วนชั้นที่อยู่ระหว่างกลางเป็นประจุบวก ^[3] ลักษณะนี้สามารถอธิบายได้ว่้าเพราะเหตุใดนิวตรอนจึงเกาะกลุ่มอยู่กับโปรตอน เนื่องจากชั้นนอกของนิวตรอนจะดึงดูดโปรตอนซึ่งเป็นบวกทางไฟฟ้านั่นเอง

[แก้] สารประกอบนิวตรอน

[แก้] ไดนิวตรอนและเททรานิวตรอน

ไดนิวตรอนเป็นอนุภาคสมมุติที่ประกอบไปด้วยนิวตรอน 2 ตัว และมีชีวิตอยู่ได้เพียงระยะเวลาสั้นๆ ในปฏิกิริยานิวเคลียร์ เกิดจากฮีลิออน (นิวเคลียสเปลือยของฮีเลียม) ส่วนเททรานิวตรอนประกอบด้วยนิวตรอน 4 ตัว สมมุติขึ้นโดยทีมนักฟิสิกส์จากศูนย๋์ปฏิบัติการ CNRS เพื่อศึกษาฟิสิกส์นิวเคลียร์ จากการสังเกตการสลายตัวของนิวเคลียสเบริลเลียม-14 แต่ได้รับความสนใจเพียงน้อยนิดเนื่องจากทฤษฎีปัจจุบันเห็นเพียงกลุ่มอนุภาคที่ไม่เสถียรเท่านั้น

[แก้] นิวโตรเนียมและดาวนิวตรอน

เมื่ออยู่ในภาวะที่ความดัีนและอุณหภูมิสูง อนุภาึึคนิวคลิออน (โปรตอน+นิวตรอน) และกลูออน จะหลอมรวมเป็นอะตอมของธาตุนิวโตรเนียม (Nt) ธาตุที่เบากว่าไฮโดรเจนซึ่งยังไม่ถูกค้นพบ แต่เชื่อว่าอยู่ภายในดาวนิวตรอน ที่มีส่วนประกอบหลักเป็นนิวตรอน และอยู่ในภาวะที่ความดันสูงและร้อนจัดเหมาะที่จะ้เกิดการหลอมตัวดังกล่าวได้

[แก้] แอนตินิวตรอน

แอนตินิวตรอนถูกค้นพบโดย บรู๊ซ คอร์ก ในปี ค.ศ. 1956 หนึ่งปีหลังจากการค้นพบแอนติโปรตอน โดยมีมวลต่างกันเพียง 9±5×10 ^{− 5} กรัมเท่านั้น แอนตินิวตรอนมีโครงสร้างคล้ายกับนิวตรอน เพียงแต่เปลี่ยนจากควาร์กเป็นแอนติควาร์กเท่านั้น ^[2]

[แก้] อ้างอิง

นิวตรอน เป็นบทความเกี่ยวกับ วิทยาศาสตร์ ที่ยังไม่สมบูรณ์ ต้องการตรวจสอบ เพิ่มเนื้อหาหรือเพิ่มแหล่งอ้างอิง คุณสามารถช่วยเพิ่มเติมหรือแก้ไข เพื่อให้สมบูรณ์มากขึ้น ข้อมูลเกี่ยวกับ นิวตรอน ในภาษาอื่น อาจสามารถหาอ่านได้จากเมนู ภาษาอื่น ด้านซ้ายมือ หรือ ดูเพิ่มที่ สารานุกรมวิทยาศาสตร์

นิวตรอน เป็นบทความเกี่ยวกับ เคมี ที่ยังไม่สมบูรณ์ ต้องการตรวจสอบ เพิ่มเนื้อหาหรือเพิ่มแหล่งอ้างอิง คุณสามารถช่วยเพิ่มเติมหรือแก้ไข เพื่อให้สมบูรณ์มากขึ้น ข้อมูลเกี่ยวกับ นิวตรอน ในภาษาอื่น อาจสามารถหาอ่านได้จากเมนู ภาษาอื่น ด้านซ้ายมือ หรือ ดูเพิ่มที่ สถานีย่อย:เคมี