在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出.中微子的性質十分特別,因此在實驗中很難探測.1953年,萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng),利用中微子與水中
H的核反應,間接地證實了中微子的存在.
(1)中微子與水中的
H發(fā)生核反應,產(chǎn)生中子(
n)和正電子(
e),即
中微子+
H→
n+
e可以判定,中微子的質量數(shù)和電荷數(shù)分別是______.(填寫選項前的字母)
A、0和0 B、0和1 C、1和 0 D、1和1
(2)上述核反應產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇,與電子形成幾乎靜止的整體后,可以轉變?yōu)閮蓚光子(γ),即
ee+→2γ
已知正電子和電子的質量都為9.1×10-31㎏,反應中產(chǎn)生的每個光子的能量約為______ J.正電子與電子相遇不可能只轉變?yōu)橐粋光子,原因是______.
(3)試通過分析比較,具有相同動能的中子和電子的物質波波長的大小.
解析:(1)發(fā)生核反應前后,粒子的質量數(shù)和核電荷數(shù)均不變,據(jù)此可知中微子的質量數(shù)和電荷數(shù)分都是0,A項正確.
(2)產(chǎn)生的能量是由于質量虧損.兩個電子轉變?yōu)閮蓚光子之后,質量變?yōu)榱,由E=△mc
2,故一個光子的能量為
,帶入數(shù)據(jù)得
=8.2×10
-14J.
正電子與水中的電子相遇,與電子形成幾乎靜止的整體,故系統(tǒng)總動量為零,故如果只產(chǎn)生一個光子是不可能的,因為此過程遵循動量守恒.
(3)物質波的波長為λ=
,要比較波長需要將中子和電子的動量用動能表示出來即p=
,因為m
n<m
c,所以p
n<p
c,故λ
n<λ
c.