Enrico Fermi y las interacciones de neutrones

Enrico Fermi y su equipo estaban estudiando la absorción de neutrones y las subsiguientes emisiones de rayos gamma, en la era de 1930. Calcularon, basándose en el tamaño del núcleo y la velocidad del neutrón, que el tiempo de interacción sería de unos 10^-21 segundos. Lo que encontraron fue que los tiempos de emisión gamma eran de alrededor de 10^-16 segundos, demasiado largos. ¿Cómo midieron este intervalo de tiempo increíblemente corto con la tecnología de 1930?

Sería bueno tener una referencia con la que comparar. Para un cálculo (resultado en femtosegundos) basado en la regla de oro de Fermi, puede consultar ocw.mit.edu/courses/nuclear-engineering/.../… . Una lectura de los artículos en inglés de Fermi de la década de 1930 no revela de inmediato una medición real, solo una indicación de emisión gamma en algunos casos de activación de neutrones.
¿ Podría History of Science and Mathematics SE ser más adecuado para esta pregunta?

Respuestas (1)

Esta observación probablemente se basó (al menos en parte) en la versión energía-tiempo del principio de incertidumbre ,

Δ mi Δ t ≳ ℏ / 2 ,

dónde ℏ = 200 METRO mi V F metro / C = 2 3 × 10 − 21 METRO mi V s es la constante de Planck reducida.

Si tienes una población de estados inestables que decaen exponencialmente, norte ˙ = norte 0 mi − t / τ , la vida τ es un buen estimador de la incertidumbre Δ t en la duración de cualquier estado particular. En ese caso, las energías de los estados excitados no pueden ser todas iguales. mi , pero debe seguir alguna distribución con un rango de energías mi ± Δ mi . Por lo general, el "ancho" de esta distribución se denomina gamma en mayúsculas, Γ , en lugar de como Δ mi .

Supongamos que construye un espectrómetro de rayos gamma y busca rayos gamma rápidos de algún material bajo irradiación de neutrones. Observará todo un lío de rayos gamma con energías desde cientos de kilo-eV hasta unos pocos mega-eV. Suponga que aísla una transición particular de 100 keV y puede confirmar que todos los gammas de esa transición tienen la misma energía dentro del 1%, lo cual no es una demanda irrazonable para un espectrómetro. Entonces, la vida útil del estado que emite esos rayos gamma debe ser más larga que

τ min ≈ ℏ / 2 Γ = 1 3 × 10 − 21 METRO mi V s 1 k mi V = 1 3 × 10 − 18 s

Su tiempo de interacción ingenua de 10 − 21 s sugiere neutrones "epitérmicos", con energías de alrededor de 0,1 MeV. Para estos neutrones, la existencia de cualquier característica espectral en los fotones de escala MeV emitidos por los núcleos objetivo sugiere que los neutrones están cruzando el núcleo varias veces en lugar de pasarlo una vez a gran velocidad.

Los dos órdenes de magnitud de mi 10 − 18 s para usted 10 − dieciséis s Es casi seguro que no se alcanzaron en función de los anchos intrínsecos de las distribuciones de energía, sino de algún otro método que no conozco de inmediato. Pero el hecho básico al que te refieres, que los neutrones parecen permanecer en el núcleo durante "demasiado tiempo", se puede ver en la existencia de características en el espectro de energía fotónica. Este es un caso sorprendente donde los intervalos de tiempo más cortos son casi más fáciles de medir que los más largos.

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