Page 105 - 世界学

第三章 微观世界学 089

亿电子伏的质子同步稳相加速器，这为寻找反粒子提供了条件。1955 年埃米利奥·塞
格雷（Emilio Gino Segrè）和欧文·张伯伦（Owen Chamberlain）用上述加速器证

实了反质子的存在。两人为此获得了 1959 年的诺贝尔物理学奖。
由于反质子出现的机会极少，大约每 1000 亿高能质子的碰撞，才能产生数量

很少的反质子，因而证实反质子的存在极为困难。1955 年他们这个实验小组测到
60 个反质子。

（二）中子

1. 中子的发现和性质
中子的概念是由英国物理学家欧内斯特·卢瑟福提出，1932 年詹姆斯·查德

威克用 a 粒子轰击的实验中证实。
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中子是组成原子核的核子之一。中子电中性，其质量为 1.6749286×10 kg，
比质子的质量稍大，自旋为 1/2，磁矩以核磁子作衡量单位为 -1.91304275，中子可

通过弱作用衰变为质子，放出一个电子和一个反电子中微子，平均寿命为 896s。
虽然原子的化学性质是由核内的质子数目确定的，但是如果没有中子，由于带正电

荷质子间的排斥力，就不可能构成除氢之外的其他元素。20 世纪 30 年代中期发明
了粒子加速器，科学家们能够把中子打碎成质子，把质子打碎成为更重的核子。
高能电子、μ 子或中微子轰击中子的散射实验显示中子内部的电荷和磁矩有一

定的分布，说明中子不是点粒子，是由 3 个更深层次的粒子——两个下夸克（-1/3
电荷）和一个上夸克（+2/3 电荷）构成，所以它是个复合粒子。中子和质子是同一

种粒子的两种不同电荷状态，其同位旋为 1/2。在轻核中含有几乎相等数目的中子
和质子；在重核中，中子数则大于质子数，如铀共有 146 个中子和 92 个质子。对

于一定质子数的核，中子数可以在一定范围内取几种不同的值，形成一个元素的不
同同位素。

中子以聚集态存在于中子星中。太阳系里的中子主要存在于各种原子核中，
元素的 β 衰变就是该元素中的中子释放一个电子变成上一个元素序列元素的一种
变化。

中子是唯一一种能使其他物质具有放射性之电离辐射的物质。此过程被称为“中
子激发”。“中子激发”被医疗界，学术界及工业广泛应用于生产放射性物质。

高能中子可以在空气中行进极长距离。中子辐射需要以富有氢核之物质掩蔽，