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(zhì)十分特別,因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè).1953年,萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),利用中微子與水中
H的核反應(yīng),間接地證實(shí)了中微子的存在.
(1)中微子與水中的
H發(fā)生核反應(yīng),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(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是______.(填寫選項(xiàng)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(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)閮蓚(gè)光子(γ),即
ee+→2γ
已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10-31㎏,反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為______ J.正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋(gè)光子,原因是______.
(3)試通過分析比較,具有相同動(dòng)能的中子和電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)的大。
解析:(1)發(fā)生核反應(yīng)前后,粒子的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)均不變,據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分都是0,A項(xiàng)正確.
(2)產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損.兩個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚(gè)光子之后,質(zhì)量變?yōu)榱,由E=△mc
2,故一個(gè)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(dòng)量為零,故如果只產(chǎn)生一個(gè)光子是不可能的,因?yàn)榇诉^程遵循動(dòng)量守恒.
(3)物質(zhì)波的波長(zhǎng)為λ=
,要比較波長(zhǎng)需要將中子和電子的動(dòng)量用動(dòng)能表示出來(lái)即p=
,因?yàn)閙
n<m
c,所以p
n<p
c,故λ
n<λ
c.