Enrico Fermi und Neutronenwechselwirkungen

Enrico Fermi und sein Team untersuchten in den 1930er Jahren die Neutronenabsorption und die anschließenden Gammastrahlenemissionen. Sie berechneten, basierend auf der Größe des Kerns und der Geschwindigkeit des Neutrons, dass die Wechselwirkungszeit etwa 10^-21 Sekunden betragen würde. Was sie fanden, waren Gamma-Emissionszeiten von etwa 10^-16 Sekunden, viel zu lang. Wie haben sie dieses unglaublich kurze Zeitintervall mit der Technologie der 1930er Jahre gemessen?

Eine Referenz zum Vergleich wäre schön. Eine Berechnung (Ergebnis in Femtosekunden) basierend auf der Goldenen Regel von Fermi finden Sie unter ocw.mit.edu/courses/nuclear-engineering/.../… . Eine Durchsicht englischsprachiger Abhandlungen von Fermi aus den 1930er Jahren zeigt nicht sofort eine tatsächliche Messung, sondern nur einen Hinweis auf die Gammaemission in einigen Fällen der Neutronenaktivierung.
Könnte History of Science and Mathematics SE für diese Frage besser geeignet sein?

Antworten (1)

Diese Beobachtung basierte wahrscheinlich (zumindest teilweise) auf der Energie-Zeit-Version der Unschärferelation .

Δ E Δ T ≳ ℏ / 2 ,

Wo ℏ = 200 M e v F M / C = 2 3 × 10 − 21 M e v S ist die reduzierte Planck-Konstante.

Wenn Sie eine Population instabiler Zustände haben, die exponentiell abfallen, N ˙ = N 0 e − T / τ , das Leben τ ist ein guter Schätzer der Unsicherheit Δ T in der Dauer eines bestimmten Zustands. In diesem Fall können die Energien der angeregten Zustände nicht alle gleich sein E , muss aber einer gewissen Verteilung mit einer Reihe von Energien folgen E ± Δ E . Normalerweise wird die "Breite" dieser Verteilung mit einem großen Gamma bezeichnet, Γ , anstatt als Δ E .

Nehmen wir an, Sie bauen ein Gammastrahlenspektrometer und suchen nach prompten Gammastrahlen von einem Material unter Neutronenbestrahlung. Sie werden ein ganzes Durcheinander von Gammastrahlen mit Energien von Hunderten von Kilo-eV bis zu einigen Mega-eV beobachten. Angenommen, Sie isolieren einen bestimmten 100-keV-Übergang und können bestätigen, dass alle Gammas dieses Übergangs innerhalb von 1 % die gleiche Energie haben, was keine unangemessene Anforderung an ein Spektrometer ist. Dann muss die Lebensdauer des Staates, der diese Gammastrahlen aussendet, länger sein als

τ Mindest ≈ ℏ / 2 Γ = 1 3 × 10 − 21 M e v S 1 k e v = 1 3 × 10 − 18 S

Ihre naive Interaktionszeit von 10 − 21 S schlägt "epithermale" Neutronen mit Energien von etwa 0,1 MeV vor. Bei diesen Neutronen deutet das Vorhandensein von spektralen Merkmalen überhaupt in den von den Zielkernen emittierten Photonen im MeV-Maßstab darauf hin, dass die Neutronen den Kern mehrmals kreuz und quer durchqueren, anstatt ihn einmal mit Geschwindigkeit zu passieren.

Die beiden Größenordnungen von my 10 − 18 S zu deinem 10 − 16 S wurden mit ziemlicher Sicherheit nicht aufgrund der intrinsischen Breiten der Energieverteilungen erreicht, sondern auf einer anderen Methode, die ich nicht sofort kenne. Aber die grundlegende Tatsache, auf die Sie sich beziehen, dass die Neutronen "zu lange" im Kern zu verweilen scheinen, kann aus der Existenz von Merkmalen im Photonenenergiespektrum gesehen werden. Dies ist ein überraschender Fall, in dem kürzere Zeitintervalle fast einfacher zu messen sind als längere.

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