Neutron
English: Neutron

Materie bestaat op de kleinste schaal uit elementaire deeltjes

Een neutron is een subatomair deeltje zonder elektrische lading dat voorkomt in atoomkernen. Het is opgebouwd uit drie quarks, namelijk twee downquarks en een upquark. Alle atoomkernen op één na bevatten naast een of meer protonen ook een of meer neutronen. De enige uitzondering is 1H (de meest voorkomende vorm van 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 α-deeltjes er een ongewoon doordringende straling werd geproduceerd. In eerste instantie werd gedacht dat dit γ-straling was, ondanks dat deze doordringender was dan γ-straling. De volgende belangrijke bijdrage werd gerapporteerd in 1932 door het echtpaar Frédéric en Irène Joliot-Curie. Uit hun experimenten bleek dat deze uitgezonden γ-stralen 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 γ-straling 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".[1] Een uitgebreider artikel, nu met de zelfverzekerde titel "The Existence of a Neutron" verscheen drie maanden later in de Proceedings van de Royal Society.[2][3] Door beryllium te beschieten met α-deeltjes (9Be + α → 12C + n) kon hij de massa van het neutron bepalen op 1,66033×10−27 kg. In 1935 ontving Chadwick hiervoor de Nobelprijs voor de Natuurkunde.