動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證

1、.動(dòng)量守恒定律的驗(yàn)證穩(wěn)定的重核吸收中子后處于不穩(wěn)定狀態(tài)，其中的中子會轉(zhuǎn)變成為質(zhì)子同時(shí)放出一個(gè)β粒子，這種現(xiàn)象稱為β衰變。在歷史上，對β衰變機(jī)理的探究導(dǎo)致了中微子的發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，一個(gè)難以答復(fù)的問題是：β衰變過程中所產(chǎn)生的電子從何而來。人們已確認(rèn)原子核里面不可能存在電子，因此只能認(rèn)為β衰變所放出的電子是臨時(shí)產(chǎn)生的，即一個(gè)核內(nèi)中子放出一個(gè)電子并轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)質(zhì)子。但進(jìn)一步的分析說明，這種想法存在著嚴(yán)重的缺陷，因?yàn)樗黠@地違背了能量守恒定律、角動(dòng)量守恒定律和動(dòng)量守恒定律。一般而言，放射性原子核所發(fā)射出的粒子都要帶走大量

2、的能量，由E=mc2知，這是由于原子核有一小部分質(zhì)量轉(zhuǎn)換成了能量。換句話說，在發(fā)射粒子的過程中，原子核總是會損失一小部分質(zhì)量。但令人困惑不解的是，通常在β衰變過程中發(fā)射出的β粒子電子所攜帶的能量不夠大，并不與粒子所損失的質(zhì)量相適應(yīng)，而且并不是所有的電子的能量都一樣，發(fā)射出的電子的能量有一個(gè)很寬的范圍即有一個(gè)很寬的能譜，其中最大的能量只有少數(shù)電子具有這樣大的能量才等于放射過程中母核與子核的能量差即蛻變能。對于β衰變過程中的絕大數(shù)電子來說，其能量并不等于這一最大能量。這也就是說，在前面所設(shè)想的β衰變過程不能使得反響前后能量守恒

3、?！笆й櫫说哪芰颗艿侥膬喝チ四?盡管人們曾提出了一些可能的解釋方案，但是這些設(shè)想又為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)所否認(rèn)。因此，人們不得不成認(rèn)前面設(shè)想的β衰變過程不符合實(shí)際。為理解決上述矛盾，驗(yàn)證能量守恒定律，奧地利物理學(xué)家泡利19001958在1930年提出了一個(gè)大膽的設(shè)想：假如認(rèn)為在β衰變過程中還伴隨著一種未被查覺的未知粒子的話，那么上面所列舉的矛盾都可立即獲得解決。亦就是說，假如β衰變遵守能量守恒定律的話，那么在衰變過程中應(yīng)當(dāng)還有一種質(zhì)量極小又不帶電荷的粒子存在，泡利是在1930年12月給邁特納和蓋革的信中首先提出這個(gè)假設(shè)的。泡利的假設(shè)提出后不久，19

4、33年費(fèi)米就在此根底上提出了β衰變理論，并把泡利預(yù)言的這樣一種不帶電的、質(zhì)量極小的粒子命名為：“中微子即中性的小家伙，以區(qū)別中子，并用n表示.他認(rèn)為根據(jù)中微子假設(shè)，β衰變實(shí)際上是中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子、電子和中微子的過程。后來人們知道，費(fèi)米所說的中微子其實(shí)是“反中微子。中微子的假設(shè)非常成功，但是要觀察它的存在卻非常困難，由于它質(zhì)量既小又不帶電荷，與其它粒子間的互相作用非常弱，因此它總是頑固地不愿意表露自己。據(jù)說平均地講，一個(gè)中微子要穿透1000光年厚的固體鐵“板才與其它粒子發(fā)生互相作用，因此它可以毫不費(fèi)力地穿過地球而不發(fā)生變化。這一性能已被人們用來研究穿透地球的“中微子通訊的可能性。顯然，中微子的這種個(gè)性使得確認(rèn)它的存在成了一件極困難的事情。1953年，美國洛斯阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)愛萊因斯和柯萬指導(dǎo)的物理學(xué)小組著手進(jìn)展這種幾乎不可能成功的探測。他們在美國原子能委員會所屬的佐治亞洲薩凡納河的一個(gè)大裂變反響堆進(jìn)展探測。終于到1956年，也就是泡利提出這種粒子假設(shè)整