第1章中子的基本性质.ppt

第一章 中子的基本性质 中子静止质量 mn＝1.0086649u＝939.5731MeV/c2 =1.674920×10-24g 中子是一种粒子，它由 u (2/3 e), d, d (-1/3 e), 三个夸克组成。精确测量方法是通过慢中子n+p→D+γ测 γ能量定出氘核结合能 BD=Eγ,再结合质谱法定的(H2+-D+)得到中子质量。 mH＝1.0078250u＝938.7906MeV/c2 夸克 基本的粒子可以分为夸克、轻子和规范玻色子 。 直今为止，共发现了六种夸克，被称为六种“味”（flavors），它们是上夸克（up）、下夸克(down)、奇异夸克(strange)、粲夸克(charmed)、底夸克(bottom)和顶夸克(top)，通 常用它们英文名字的第一个字母来表示。这些夸克被划分为三代： q=2e/3 q=—e/3 每个括号中为一代。上面一排（u、c、t）带的电荷为q=2e/3，而下面一排（d、s、b）带的电荷为q=—e/3。夸克为什么是三代？有没有更多的夸克？至今尚无肯定的答案。每味夸克又可带红、兰、绿三种颜色之一。每一种夸克都对应着一种反夸克。所以总的夸克数是36。夸克带有另一种量子数：重子数。每个夸克的重子数为B=1/3，反夸克的B=-1/3。实验观测到重子数是守恒的。由夸克组成的重子数不为0的粒子称为重子，比如质子（uud）和中子（udd）的B=1。由夸克和反夸克组成的粒子B=0，称为介子。重子和介子统称为强子，它们参与强相互作用。 2. 3.中子总体是电中性的。但是，实验结果显示：中子具有内部的电荷分布。可以想象，如果中子内正负电荷分布的中心稍有不重合，中子就应该具有电偶极矩。中子的电偶极矩是否为零的问题带有基本的重要性，因为通过不同的相互作用理论，它联系于宇称守恒和时间反演对称性。目前已经发现，如果在中子内部分开的正负电荷都为电子电荷e时，其中心的距离必须少于10-24cm。这个上限还不足够地小，不能对理论上可能的相互作用形式作出肯定的选择，因而希望提高测量中子电偶极矩的实验精度。 4. 中子有自旋角动量，(1/2) 是费米子。所以它遵守费米统计，服从泡利不相容原理。 5. 中子具有磁矩，?n＝－1.913042?N，负号表示磁矩矢量与自旋角动量矢量方向相反。磁矩结构有一定分布，其均方根半径约为0.9fm。由于中子有磁矩，可以产生极化中子束。 6. 中子波动性: 可见：1MeV中子波长2.86×10-12cm接近核直径大小。 0.025eV中子波长1.81×10-8cm(1.8A0)与原子直径相当。 0.001eV中子波长0.9nm与凝聚态物质原子间距相当。 中子动能 En(eV)在数值上与温度T(K)联系： 中子散射 研究凝聚态物质，常用中子波长在 0.1 1nm之间， 常用从300K的热中子到30K的冷中子能区。 当中子能量≤3K, 中子波长＞2nm 甚冷中子区(VCN); 当中子能量更低, 中子波长达10nm量级为超冷中子区(UCN), 中子波干涉条纹与光学理论相符，将开拓“中子光学”。 7、中子能量的分类 En100MeV 高能中子 20~100MeV 特快中子 0.1~20MeV 快中子 1~100 keV 中能中子 0.1~1 keV 慢中子,共振中子 0.5eV~100eV 超热中子，超镉中子 0.005eV ~0.5eV 热中子 0.025eV “最可几”热中子 En=kT 200C V=2200m/sec En0.005eV 冷中子 中子温度等于液氮温度 En10-4eV 甚冷中子 1.16K , 138m/sec En10-7eV 超冷中子 1.16×10-3K , 4.36m/sec 中子特性—波长覆盖宽的微观尺度 中子特性—适合的能量范围 波长 X射线 中子 (nm) (eV) (meV) 0.1 12400 82 (1A0)