陽子-中性子モデルと中性子の構造仮説

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陽子-中性子モデルと中性子の構造仮説

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/01/09 22:39 UTC 版)

「中性子の発見」の記事における「陽子-中性子モデルと中性子の構造仮説」の解説

陽子-電子モデルの問題を考えると、原子核が陽子と中性子で構成されていることはすぐに受け入れられたが、最初は中性子の正確な性質は不明であった。中性子の発見から数か月以内に、ヴェルナー・ハイゼンベルクとDmitri Ivanenkoが原子核の陽子-中性子モデルを提案した。ハイゼンベルクの画期的な論文は、量子力学を通して原子核内の陽子と中性子の記述へアプローチを行った。核内の陽子と中性子に関するハイゼンベルクの理論は「核を量子力学系として理解するための主要段階」であったが、依然として核電子の存在を仮定していた。特に、ハイゼンベルクは中性子を陽子-電子複合体と仮定しており、そこに量子力学的説明はない。また、核内でどのように軽量の電子が束縛されるかについて説明していない。核子を結合する核交換力の最初の理論を導入した。陽子と中性子は同じ粒子の異なる量子状態、つまり核アイソスピン量子数の値により区別される核子であると考えた。 陽子-中性子モデルは二窒素の謎を説明した。14Nは各々3組の陽子と中性子で構成され追加の不対中性子と陽子がそれぞれ同じ方向の1⁄2 ħのスピンに寄与し合計で1 ħになると提案されると、モデルは実現可能なものとなった。すぐに中性子は、同じ方法で多くの異なる核種のスピンの違いを自然に説明するために使われた。 核の陽子-中性子モデルが多くの問題を解決したとすると、ベータ線の起源を説明する問題が強調された。既存の理論では電子や陽電子が核からどのように放出されるかを説明できなかった。1934年、エンリコ・フェルミはベータ崩壊の過程を説明する優れた論文を発表した。ベータ崩壊では中性子が電子と（当時はまだ発見されていない）ニュートリノを生成し陽子に崩壊する。この論文は、光子または電磁放射が原子過程において生成および破壊されるという類推を用いている。Ivanenkoは1932年に同様の類推を提案していた。フェルミの理論では中性子はスピン-½粒子である必要がある。この理論はベータ粒子の連続的なエネルギー分布により疑問を投げかけられていたエネルギー保存則を維持した。フェルミにより提案されたベータ崩壊の基本理論は、粒子がどのように生成され崩壊するかを示す最初のものであった。これにより弱い力または強い力による粒子の相互作用に関する一般的な基本理論が確立された。この影響力のある論文は時の試練に耐えたが、その中の考えは非常に新しく1933年に初めてNatureに提出された際には推論的すぎるとして拒絶されている。