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中子的寿命

已有 1124 次阅读 2022-10-4 19:03 |个人分类:笔记|系统分类:科普集锦

 

由于一个中子的质量比质子和电子的质量总和大,因此,从能量上讲,自由中子是不稳定的,它会衰变成质子和电子。在粒子物理学中通常用寿命或半衰期表征微观粒子的不稳定性。实验表明不稳定的微观粒子的数目由于衰变随着时间指数衰减。数目足够多的某种粒子衰减到原来数目的一半时所经历的时间间隔称为半衰期T,粒子的平均寿命τ等于衰减到原来数目的1/e所经历的时间间隔(e2.7187是自然指数),简称为粒子的寿命。粒子的半衰期与寿命满足关系式 T≈0.693τ。

1950、1951年间,加拿大实验室的Robson成功地设计并完成了对自由中子β衰变的研究实验。该实验的准直中子束由反应堆孔道中引出,束的截面直径为3cm。束流强度为1.5×1010中子/s。准直器的出口处安置了两台磁谱仪。一台是质子谱仪,用来把质子聚焦到探测质子的电子增殖器处;另一台是β谱仪,用来研究衰变电子谱。由Robson实验得到自由中子的半衰期为12.8±2.5 分。随后的实验不断提高了测定自由中子半衰期的精度。1982年粒子数据小组公布的自由中子的寿命是896±10秒,2021年10月一项发表于《物理评论快报》的新研究表明,自由中子的寿命为877.75秒,其不确定度为0.039%。

实验还观察到:质子和电子并不正好在两个完全相反的方向被观测到。这就提出了一个问题,要么是动量守恒定律在这里不适用,要么是有个很难观测到的神秘的“第三者”把一部分能量(或动量)带跑了。

 

参考文献

    汲长松,中子探测,原子能出版社,2014.05

    袁译容著,漫话中子,北京出版社,1983.12 

    褚圣麟,原子物理学,人民教育出版社,1979.12

 

 

 

 



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