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高中物理
第十五章 波粒二象性与原子结构
粒子物理以及中微子和正电子的发现
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2025-10-24 10:00
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粒子物理以及中微子和正电子的发现
20 世纪 20 年代,电子、质子和中子被认为是组成物质的基本粒子。自 1912 年发现了宇宙射线后,物理学家利用各种粒子探测器从宇宙射线中发现了许多新的粒子。20 世纪 30 年代以后,原子核物理、宇宙线研究和量子力学理论对人们刚刚形成的物质结构观念形成了强烈的冲击。物理学新的分支——粒子物理学由此诞生。 ## 中微子和正电子的发现 1914 年,查德威克证明 α 射线和 γ 射线的能量是量子化的,α 粒子和 γ 粒子所带走的能量正好等于衰变前后原子核定态能级的差。然而 β 射线的能量却是连续分布的,衰变产生的电子的能量竟然小于原子核始、末定态的能量差。这个现象令物理学家感到不解。奥地利物理学家泡利(图 15–25)坚信能量守恒定律不可能对 β 衰变失效。  图 15–25 泡利(W. Pauli,1900—1958) 1930 年,泡利提出,在 β 衰变的过程中,除电子以外,还有一个轻的电中性粒子一起被发射出来。这个中性粒子的穿透力极强,很难被探测到。物理学界将这种还未被实验证实的中性粒子命名为中微子(符号为 νe)。β 衰变过程中,核子之间的相互作用不同于核力,物理学家将这种作用称为**弱相互作用**(weak interaction)。 王淦昌曾提出一种探测中微子的实验方案,有人按此方案进行实验,得到了与王淦昌预期相符的实验结果,间接地证实了中微子的存在。1956 年,中微子 $ν_e$ 的存在终于被实验所证实。1962 年和 2000 年,物理学家又分别发现了另外两种中微子 $ν_μ$ 和 $ν_τ$。 > 想一想:根据能量守恒定律,请分析 β 衰变所释放的电子和中微子的能量关系。 参考答案:根据能量守恒,β 衰变前后的能量也是守恒的。
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