Question

1920年，英国物理学家卢瑟福曾预言：可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。1930年发现，在真空条件下用a射线轰击铍()时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强的不知名射线和另一种新粒子。经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：① 在任意方向的磁场中均不发生偏转；② 这种射线的速度不到光速的十分之一；③ 用它轰击含有静止的氢核的物质，可以把氢核打出来。用它轰击含有静止的氮核的物质，可以把氮核打出来。并且被打出的氢核的最大速度v_H和被打出的氮核的最大速度v_N之比等于15 : 2。若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核均发生正碰，且碰撞中没有机械能的损失。已知氢核的质量M_H与氮核的质量M_N之比等于1 : 14。
（1）写出a射线轰击铍核的核反应方程。
（2）试根据上面所述的各种情况，通过具体计算说明该射线是由中子组成，而不是g射线。 

Answer 1

（1） + ；（2）见解析。

（1）核反应方程是    +
（2）由（1）可知, 该射线不带电, 是由电中性的粒子流组成的
由于g射线是高速光子流, 而该射线速度不到光速的十分之一, 因此它不是g射线
设该粒子的质量为m, 轰击氢核和氮核时速度为v, 打出氢核后粒子速度变为v₁, 打出氮核后粒子速度变为v₂．由于碰撞中没有机械能的损失, 且被打出的氢核和氮核的速度均为最大值, 表明该粒子与氢核及氮核的碰撞为弹性碰撞
根据动量守恒和机械能守恒, 在打出氢核的过程中, 有
mv = mv₁+M_Hv_H
mv² = mv₁²+M_Hv_H²
解得                v_H =
同理，在打出氮核的过程中, 有    mv = mv₂+M_Nv_N  
mv² = mv₂²+M_Nv_N²    
解得                v_N =   
根据v_H、v_N的表达式及 , 解得 
m = M_H 
即该粒子的质量与氢核（质子）质量相同, 因此这种不知名的电中性粒子是中子。