1、第六章衰變 粒子衰變核衰變時放射出粒子或俘獲軌道電子的衰變。衰變后核素的原子序數(shù)可增加或減少，但質量數(shù)不變。分衰變、衰變和電子俘獲三種類型。粒子的速度為20萬km/s。 基本內容6.1 能譜的特點；6.2中微子6.3 衰變的三種類型及其衰變能6.4 衰變綱圖；6.5 衰變的費米理論6.6 躍遷分類和選擇定則；6.7 庫里厄圖6.8 衰變常量和比較半衰期6.9 軌道電子俘獲6.10 宇稱不守恒問題目的與要求(1)熟練掌握衰變的三種類型及其衰變能計算，衰變綱圖，躍遷分類和選擇定則(2)掌握衰變譜特點及中微子的特性，衰變常量和比較半衰期，庫里厄圖(3)了解衰變的費米理論，宇稱不守恒。 -衰變（豐中子

2、核發(fā)生） +衰變（欠中子核發(fā)生）EC-軌道電子俘獲（欠中子核發(fā)生） 衰變粒子的能量是連續(xù)分布的；能譜中有一最大能量值Em(該曲線Em=1.2MeV)，根據(jù)理論計算，Em與衰變能E基本相等；能量分布曲線有一極大值，它表示具有相應能量的粒子最多。6.1 能譜的特點1能譜的連續(xù)性能譜的測量能譜的測量磁譜儀粒子能譜引發(fā)的困境： 第一， 粒子能譜是連續(xù)的，而原子核具有分立能級。第二，能量不守恒？ 第三，動量和 角動量不守恒？同時具有和衰變，這兩支分別經(jīng)過衰變和躍遷，匯合于同一個第二代子體。顯然兩分支釋放的能量相等，即兩個分支的總衰變能相等。譜的最大能量Em正好等于衰變能，譜中的其它能量都比這個衰變能小。

3、那如何滿足能量守恒定律？粒子能譜引發(fā)的困境： 解決困惑，曾提出的假說在衰變中，母核首先通過放出粒子躍遷到子核的許多不同能級上，然后子核通過釋放光子由激發(fā)能級躍遷到基態(tài)。設想粒子剛從核中射出時具有相同的能量Em,但它在行進的路程中與放射源本身和周圍介質的軌道電子相互作用的結果，把部分能量交給了軌道電子，即損失了部分能量。有的損失多，有的損失少。因此，出現(xiàn)了粒子能量的連續(xù)分布。1930-1933年W.Pauli提出了衰變放出中微子的假說。例題1 中微子之父中微子理論之父W. Pauli (1930): 概念提出E. Fermi (1933): Beta衰變理論E. Majorana (1937):

4、 中微子的反粒子即其自身馬約喇納中微子 發(fā)現(xiàn) 衰變現(xiàn)象時，以為其衰變過程不滿足能量、動量守恒定律；1930年泡利提出中微子假設：“只有假定衰變進程中，伴隨每一個電子有一個輕的中性粒子(稱為中微子)一起被發(fā)射出來，使中微子和電子的能量之和為常數(shù)”。 中微子之謎：(1) 太陽上質子聚變和其他輕核反應要產(chǎn)生大量中微子；但地球上測出其值遠小于理論值，且周期變化，為什么？存在著振蕩中微子嗎？(2) “暗物質”主要是中微子嗎？(3) 中微子質量為零嗎？(4) 中微子有磁矩嗎？(5) 是否存在中微子星？中微子之謎1930年Pauli指出：“只有假定在 -衰變過程中，伴隨每一個電子有一個輕的中性粒子（中微子）

5、一起被發(fā)射出來，使中微子和電子的能量和為常數(shù)，才能解釋連續(xù) 譜?！崩纾褐形⒆蛹僬f根據(jù)中微子假說，在母核靜止的參照系中，衰變問題就是粒子、中微子和反沖子核的三體問題，按照動量守恒，三者之間的動量關系，如圖所示。在保證動量守恒的前提下，衰變能量可以在子核、電子和中微子三者之間任意分配。中微子假說根據(jù)能量守恒定律，若中微子帶走較多能量，粒子的能量就較??；粒子有最大能量時，中微子的能量為零。所以，粒子的能量可以從零到最大值Em，形成了連續(xù)能譜。另外，當中微子能量為零時，在忽略掉子核的反沖能時，粒子的能量就等于衰變能，所以Em和衰變能是基本相等的PYPPePYPPePPPe一般情況，粒子的動能介于上述

6、兩種極端情況之間，從而得到E=0至Em的連續(xù)分布。PPPe中微子性質能量守恒：中微子和電子的能量和為常數(shù)電荷守恒：中微子的電荷為0角動量守恒：中微子的自旋為1/2伴隨電子產(chǎn)生的中微子：ve子衰變產(chǎn)生的中微子：v重輕子子衰變產(chǎn)生的中微子：v中微子的質量：mv10eV1.靜止質量mv 實驗表明，中微子靜止能量的上限為15eV,在衰變理論中，可近似地看成為零。因此，它的速度與光速相同 Ev=cpv2.電荷qv=0 由于衰變的母子體是相鄰的同量異位素，同時衰變過程只放出一個粒子或吸收一個軌道電子，為保持衰變過程電荷守恒，中微子的電荷應為零。中微子性質3.自旋Iv=1/24.遵從費米統(tǒng)計 衰變中，母、子

7、核的質量數(shù)不變，則母核和子核的統(tǒng)計性相同。因電子是費米子，為保持統(tǒng)計性守恒，中微子必為費米子。中微子性質5.磁矩v 實驗沒有測得中微子的磁矩，其上限不超過10-6N HHHHHH左旋中微子右旋反中微子中微子不帶電、質量m 0，沒有電離作用，以光速運動，不能直接觀測，只能間接證實它的存在。中微子性質中微子存在的實驗驗證：1933年費米提出 衰變的電子 中微子理論1942年王淦昌提出用7Be的K電子俘獲中微子的 實驗方案19421952年美國艾倫實驗驗證了中微子的存在1956年美國雷尼斯實驗驗證了中微子的存在1962年萊德曼、施瓦茨、斯坦博格實驗驗證 是兩種不同的中微子1990年瑞士歐洲核子中心大型正負電子對撞機上 測定Z0衰變寬度，推算出中微子種數(shù)上限 為3，即只有 和它們的反粒子 中微子存在的實驗證明物理學家王淦昌曾經(jīng)提出用K 俘獲實驗來證明它的存在。 K 俘獲用方程式表示如下： 所以，中微子的動能 E =cP 衰變能 Ed 于是，子核的動能 可見，只要成出子核Y的動能Ey就可以推算出衰變能Ed 的大小，從而算出中微子的質量。 1952 年，戴維斯研究了 的 K俘獲 得到了正確結果。 例題2中微子存在的直接證明。自由中微子的記錄是19