Энрико Ферми и нейтронные взаимодействия

Энрико Ферми и его команда изучали поглощение нейтронов и последующее испускание гамма-излучения в 1930-е годы. Они рассчитали, исходя из размера ядра и скорости нейтрона, что время взаимодействия составит около 10^-21 секунды. Они обнаружили, что время гамма-излучения составляло около 10^-16 секунд, что было слишком долго. Как они измерили этот невероятно короткий промежуток времени с помощью технологии 1930-х годов?

Было бы неплохо получить ссылку для сравнения. Для расчета (в фемтосекундах), основанного на золотом правиле Ферми, вы можете посмотреть ocw.mit.edu/courses/nuclear-engineering/.../… . Внимательное прочтение англоязычных статей Ферми 1930-х годов не сразу обнаруживает фактическое измерение, а лишь указывает на гамма-излучение в некоторых случаях активации нейтронов.
Может ли History of Science and Mathematics SE лучше подойти для этого вопроса?

Ответы (1)

Это наблюдение, вероятно, было основано (по крайней мере, частично) на версии принципа неопределенности энергии-времени .

Δ Е Δ т ≳ ℏ / 2 ,

где ℏ "=" 200 М е В ф м / с "=" 2 3 × 10 − 21 М е В с – приведенная постоянная Планка.

Если у вас есть популяция нестабильных состояний, которые затухают экспоненциально, Н ˙ "=" Н 0 е − т / т , срок службы т является хорошей оценкой неопределенности Δ т в течение любого конкретного состояния. В этом случае энергии возбужденных состояний не могут быть одинаковыми. Е , но должны следовать некоторому распределению с диапазоном энергий Е ± Δ Е . Обычно «ширину» этого распределения обозначают гаммой в верхнем регистре, Г , а не как Δ Е .

Предположим, вы построили гамма-спектрометр и ищете быстрые гамма-лучи от какого-то материала под нейтронным облучением. Вы увидите целую мешанину гамма-лучей с энергиями от сотен килоэВ до нескольких мегаэВ. Предположим, вы изолируете конкретный переход в 100 кэВ и можете подтвердить, что все гамма-излучения от этого перехода имеют одинаковую энергию в пределах 1%, что не является необоснованным требованием к спектрометру. Тогда время жизни состояния, испускающего эти гамма-лучи, должно быть больше, чем

т мин ≈ ℏ / 2 Г "=" 1 3 × 10 − 21 М е В с 1 к е В "=" 1 3 × 10 − 18 с

Ваше наивное время взаимодействия 10 − 21 с предполагает «эпитепловые» нейтроны с энергией около 0,1 МэВ. Для этих нейтронов наличие каких-либо спектральных особенностей в фотонах в масштабе МэВ, испускаемых ядрами-мишенями, предполагает, что нейтроны пересекают ядро ​​​​несколько раз, а не проходят его один раз со скоростью.

Два порядка величины от моего 10 − 18 с на ваш 10 − 16 с почти наверняка были достигнуты не на основе внутренней ширины распределения энергии, а каким-то другим методом, который я не знаю непосредственно. Но тот основной факт, на который вы ссылаетесь, что нейтроны, по-видимому, «слишком долго» находятся в ядре, можно увидеть по наличию особенностей в энергетическом спектре фотонов. Это удивительный случай, когда более короткие интервалы времени почти легче измерить, чем более длинные.

Энрико Ферми и нейтронные взаимодействия
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v