中子。原子之心的囚徒

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今天我们将讨论一种称为中子的重基本粒子。

中子的“内部”与质子非常相似。由三个夸克组成。中子具有几乎相同的结构。它也由三个夸克组成。但有一个细微差别。质子由两个上夸克和一个下夸克组成。中子来自一个上层和两个下层。

这种差异似乎微不足道。但这导致两个“相似”粒子具有不同的属性。质子电荷 +2/3 +2/3 -1/3 = +1。中子+2/3 -1/3 -1/3 = 0。因此，中子不带电荷。但这并不是因为里面没有任何电荷。但因为它里面的电荷加起来为零。

这种电荷中性在中子的命运中发挥了重要作用。自1918 年卢瑟福发现质子以来，人们花了近十五年的时间才发现它。

谁发现了中子？

1932 年，英国物理学家詹姆斯·查德威克发现了未知粒子。Walter Bothe、Irène Joliot-Curie 和 Frédéric Joliot 等其他研究人员此前曾观察到这一现象。查德威克将这些粒子描述为类似带有中性电荷的质子的东西。这就是为什么它们被称为中子。

就像质子一样，中子受到宇宙所有四种基本力的影响。尽管中子没有总电荷，但它们具有与质子相同的磁矩。

对于中子来说，最重要的力是强核力，它将中子内的夸克结合在一起，并将中子与其他中子以及原子核中的质子结合在一起。由于质子和中子形成原子核，因此这两个“姐妹”粒子被称为核子。

不带电荷的中子不会将一种元素转变为另一种元素。向氢中添加一个中子并不会让它有任何不同。它仍然是氢，即使它的性质略有不同。例如，它会变得更重。具有不同中子数的元素原子称为同位素。有些同位素不稳定。例如，其中包括碳 14，它用于确定一些古代材料的年龄。

15分钟成名

但质子和中子之间还有一个区别。形成强子的夸克组合对其稳定性非常重要。当然，理论上，自由质子可能不稳定。然而，如果它不稳定，它的半衰期很可能比宇宙当前的年龄长得多。

然而，组成中子的夸克组合的工作方式有所不同：自由中子（未与原子核结合）的寿命要短得多：大约 15 分钟。这就是为什么你可以在宇宙中找到许多自由质子（没有电子的氢原子核） ，但很难看到自由中子。当中子衰变时，它会分解成质子、电子和反中微子。

由于自由中子只能保持一刻钟的自由状态，因此如果有必要，就需要不断地产生它们。大多数中子是由自然裂变的放射性元素（例如钋或镭）的自发核反应产生的。在放射性衰变过程中，它们发射中子。

自由中子非常危险！事实上，它是放射性衰变最危险的产物之一。因为核反应过程中释放的其他粒子，例如电子，虽然也很危险，但很容易被阻止。带电粒子在与或多或少致密的材料介质接触时，开始偏转（由于电力），由于电子的去除而使原子电离，电子带走部分能量并沿不同方向移动等。即，这些粒子的能量消散得相对较快。

保护厚度很重要

因此，如果您要去一个可以发射质子或电子的地方，铅涂层将为您提供很好的保护。事实上，作为一种金属，铅也非常善于吸收光子，因此它可以同时防止多种类型的放射性辐射（α、β和γ）。但中子呢？

中子是中性的，只有在与原子核正面碰撞时才会失去能量。因此，需要相对较大厚度的材料来防护中子。此外，原子核的原子质量对其阻止中子的能力没有太大影响，因为原子核与它们之间的空间相比非常小，因此增加它们的尺寸（例如，用铅代替氢）并不会产生太大影响。有很大的不同。大多数中子屏都是由水泥或石蜡制成的厚壁。

当然，大多数能够到达您身体的中子只会不受阻碍地飞过您的身体。然而，并非全部。当中子撞击 DNA 中含氮碱基原子的原子核时……后果可能非常令人不快。除非剂量非常强烈且短期，否则在这种情况下你就非常非常幸运。

当中子位于原子核中时，它们是灰色的、不起眼的粒子。但如果它们是自由的，它们的寿命相对较短，并且可能非常危险。

仅仅因为它“内部”有两个底夸克。