Brontekst bekijken van Neutron

{{zie artikel|Zie voor de draagraket met de naam Neutron het artikel [[Neutron (draagraket)]].}}
{{Infobox fysisch deeltje
| naam               = Neutron
| afbeelding         = Neutron.png
| onderschrift       = Neutron bestaande uit quarks (paars) en gluonen (rood)
| samenstelling      = 1 [[upquark]], 2 [[downquark]]s
| generatie          = 
| interactiekrachten = [[Zwakke kernkracht|Zwakke]], [[Sterke kernkracht|sterke]], [[elektromagnetische kracht]] en [[Zwaartekracht|gravitatiekracht]]
| symbool            = n, n<sup>0</sup>
| antideeltje        = [[Antineutron]]
| ontdekt            = [[James Chadwick]] (1932)
| massa              = 1,67493 × 10<sup>−27</sup> kg<br />939,565 [[Elektronvolt|MeV]]/''[[Lichtsnelheid|c]]''<sup>2</sup><br />1,008665 [[Atomaire massa-eenheid|u]]
| vervalt            = <math>\mathrm{p}^+ + \mathrm{e}^- + \bar\mathrm{\nu_e}</math> of anders
| lading             = 0 [[Elementaire lading|e]]
| spin               = ½
| voetnoten          = 
}}
[[Bestand:Bouw materie.PNG|thumb|300px|Materie bestaat op de kleinste schaal uit elementaire deeltjes]]
Een '''neutron''' is een [[subatomair deeltje]] zonder [[elektrische lading]] dat voorkomt in [[atoomkern]]en. Het is opgebouwd uit drie [[quark]]s, namelijk twee [[downquark]]s en een [[upquark]]. Alle atoomkernen op een na bevatten naast een of meer [[proton (deeltje)|protonen]] ook een of meer neutronen. De enige uitzondering is [[Protium (isotoop)|protium]] (<sup>1</sup>H, de meest voorkomende vorm van [[Waterstof (element)|waterstof]]), waarvan de kern uit alleen één proton bestaat. De massa van het neutron is vrijwel gelijk aan die van het proton (het neutron is iets zwaarder), maar het neutron mist de positieve lading van het proton.

== Ontdekking ==
In 1920 had [[Ernest Rutherford]] gespeculeerd over het mogelijke bestaan van het neutron. Hij had een ongelijkheid gevonden tussen het [[atoomnummer]] en de [[atoommassa]]. Aanvankelijk werd dit verschil verklaard door aan te nemen dat de ontbrekende elektronen door protonen uit de kern waren geabsorbeerd en dus een neutrale proton-elektronconfiguratie vormden.

Rutherfords visie viel in 1927 in duigen. De wiskundige [[Paul Dirac]] verklaarde, als uitvloeisel van de [[kwantummechanica]], dat zowel het proton als het elektron bleken rond te tollen en altijd met dezelfde snelheid. Op basis van wat nu bekendstaat als de '[[stikstofanomalie]]' werd duidelijk dat een neutron geen combinatie van deze twee deeltjes kon zijn. Metingen lieten zien dat een stikstofatoom uit een even aantal ronddraaiende samengestelde deeltjes moest bestaan, maar massametingen bewezen dat er een oneven aantal 'neutronen' aanwezig waren. Het plaatje van Rutherford van de proton-elektronconfiguratie voldeed niet aan de feiten.

In 1931 ontdekten [[Walther Bothe]] en [[Herbert Becker]] van de [[universiteit van Heidelberg]] dat bij beschieting van [[beryllium]] met sterk energetische [[alfadeeltje]]s er een ongewoon doordringende straling werd geproduceerd. In eerste instantie werd gedacht dat dit [[gammastraling]] was, ondanks dat deze doordringender was dan gammastraling. De volgende belangrijke bijdrage werd gerapporteerd in 1932 door het echtpaar [[Frédéric Joliot-Curie|Frédéric]] en [[Irène Joliot-Curie]]. Uit hun experimenten bleek dat deze uitgezonden gammastralen zo sterk waren dat ze in staat waren protonen uit [[paraffine]], een waterstofrijke materie, te stoten via het [[Compton-effect]].

Naar aanleiding van deze publicatie voerde [[James Chadwick]] een serie van experimenten uit waarin hij aantoonde dat hij niet met gammastraling had te doen maar met het door Rutherford gepostuleerde neutrale deeltje. Reeds op [[27 februari]] [[1932]], ruim een maand na het artikel van Joliot-Curie verscheen zijn antwoord in [[Nature]]: ''"Possible Existence of a Neutron"''.<ref>{{Citeer journal
| author = Chadwick, J.
| year = 1932
| title = Possible Existence of a Neutron
| journal = Nature
| volume = 129
| issue = 3252
| pages = 312
| doi = 10.1038/129312a0
| language = en
}}</ref> Een uitgebreider artikel, nu met de zelfverzekerde titel ''"The Existence of a Neutron"'' verscheen drie maanden later in de ''Proceedings'' van de [[Royal Society]].<ref>{{Citeer journal
| author = Chadwick, J.
| year = 1932
| title = The Existence of a Neutron
| journal = Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences
| volume = 136 | issue = 830 | pages = 692
| doi = 10.1098/rspa.1932.0112
| language    = en
}}</ref><ref>{{Citeer journal
| author = Chadwick, J.
| year = 1933
| title = Bakerian Lecture. The Neutron
| journal = Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences
| volume = 142
| issue = 846
| pages = 1
| doi = 10.1098/rspa.1933.0152
| language = en
}}</ref> Door [[beryllium-9]] te beschieten met [[alfadeeltje]]s (<sup>9</sup>Be + α → <sup>12</sup>C + n) kon hij de massa van het neutron bepalen op 1,66033×10<sup>−27</sup>&nbsp;kg. In 1935 ontving Chadwick hiervoor de [[Nobelprijs voor Natuurkunde]].

== Eigenschappen ==
[[Bestand:Beta Negative Decay.svg|thumb|200px|Het [[Feynmandiagram]] voor bètaverval van een neutron in een  [[proton (deeltje)|proton]], een [[elektron]] en [[elektron-antineutrino]] via een [[W-boson]].]]
De [[rustmassa]] van een neutron is 1,008665 [[atomaire massa-eenheid]] (a.e.), dat is 1,67493 × 10<sup>−27</sup>&nbsp;kg. Het deeltje kan vrijkomen bij [[kernsplitsing]], bijvoorbeeld in [[kernreactor]]en en bij de explosie van een [[atoombom]], maar het is in deze vrije toestand (dus buiten de atoomkern) niet stabiel. De gemiddelde [[halveringstijd|vervaltijd]] (aangeduid met ''τ'') is 14 minuten en 46 seconden (886 seconden). Via de [[zwakke kernkracht]] vervalt het tot een [[proton (deeltje)|proton]], een [[elektron]] en een [[elektron-antineutrino]]. 
: <math>\mathrm{n}\rightarrow\mathrm{p}+\mathrm{e}^-+\bar{\nu}_e + 0{,}78\,\mathrm{MeV}</math>

Dit is een voorbeeld van [[bètaverval]] (elektronenemissie wordt [[bètastraling]] genoemd). Het verschil in [[massa (natuurkunde)|massa]] (1,3&nbsp;MeV) tussen het neutron (939,6&nbsp;MeV) en het iets lichtere proton (938,3&nbsp;MeV) komt voor het grootste deel vrij als energie en wordt voor een kleiner deel (0,511&nbsp;MeV) gebruikt voor het elektron.

Neutronen in onstabiele atoomkernen kunnen ook op deze wijze vervallen, echter binnen een atoomkern kunnen protonen ook veranderen in een neutron via invers bètaverval. Deze transformatie treedt op samen met de emissie van een anti-elektron ([[positron]]) en een [[elektron-neutrino]].
: <math>\mathrm{p}\rightarrow\mathrm{n}+\mathrm{e}^++\nu_e </math>

De transformatie van een proton in een neutron binnen de atoomkern is ook mogelijk door elektroninvang.
: <math>\mathrm{p}+\mathrm{e}^-\rightarrow\mathrm{n}+\nu_e </math>

Positroninvang door een neutron in atoomkernen die een overdaad aan neutronen bevat is ook mogelijk, maar wordt tegengewerkt doordat positronen worden afgestoten door de positief geladen atoomkern en daarnaast snel annihileren indien ze elektronen tegenkomen.

Neutronen die gevormd worden in een atoomkern zijn wel stabiel omdat de instabiliteit van een neutron wordt gebalanceerd met de instabiliteit die zou ontstaan in de kern als een neutron via bètaverval verandert in een proton. (Het proton zal deelnemen aan afstotende interacties met de andere protonen die reeds in de kern aanwezig zijn.) Dezelfde redenering verklaart ook waarom  protonen – die stabiel zijn in de vrije ruimte – kunnen transformeren in neutronen indien ze gebonden zijn in een atoomkern.

Neutronen spelen een belangrijke rol in kernreacties:
* [[neutronenactivering]]
* [[kernsplijting]]
Zij kunnen ook gebruikt worden voor [[structuuronderzoek]]:
* [[neutronenverstrooiing]]
** [[Small Angle Neutron Scattering]] (SANS)

De snelheid van een vrij neutron correspondeert met een bepaalde temperatuur, er wordt daarom wel gesproken van de neutronentemperatuur. Zie ook [[uranium]].

Omdat een neutron neutraal is, moet waarneming van een neutron onrechtstreeks gebeuren met een [[neutrondetector]].

== Zie ook ==
* [[Subatomair deeltje#Samengestelde fermionen: baryonen|Lijst van eigenschappen van baryonen]]

{{Appendix}}
{{Navigatie fysische deeltjes}}

[[Categorie:Kernfysica]]
[[Categorie:Kwantummechanica]]
[[Categorie:Deeltje]]