能量不守恒？

自从贝克勒尔发现了放射性后，人们就不断探索这些来自原子核的强烈辐射究竟是什么东西？通过卢瑟福和他的学生们的努力终于弄清楚，这强烈的辐射可分为三大类：α射线、β射线和γ射线。进一步的研究表明，α射线是氦原子核组成的粒子流，而氦核则是由2个质子和2个中子构成的。γ射线是一种高能光子流。β射线则是电子流。

就原子核中放出电子来这一点而言，当时人们已确切知道原子核里不可能存在电子。那么，原子核进行β衰变时所放出的电子只能是临时产生的。比较可能的一种方案是，原子核内一个中子（n）放出一个电子（e）后，转变为一个质子（p），这一核子反应过程可表达为：

从电荷守恒的角度来分析，这一过程应当没有问题。因为反应前的中子不带电，反应后的质子所带1个正电荷，正好被电子所带1个负电荷所抵消。顺便说一下，微观粒子之间发生反应时，反应式两边参与该反应的微观粒子都应遵守一些守恒定律，上述的电荷守恒是其中之一。

进一步的分析表明，这个假设的反应存在严重的问题：它虽然遵守电荷守恒定律，但却明显违反物理学上三个最基本的守恒定律。

粒子

人们曾用“基本粒子”来指比原子核更小的物质单元，如质子、中子、电子等。每种基本粒子都有确定的静止质量、电荷、自旋、平均寿命等。称它们为“基本”粒子，是人类对物质结构的认识到达一定层次的表现，不能把它们看成是物质最后的、最简单的组成单元。也就是说，基本粒子不基本。实验已证明，基本粒子还有其内部结构。因此，现在人们一般称之为“粒子”或“微观粒子”。

首先是违反角动量守恒定律。微观粒子都像一个个微小的陀螺似地在转动，物理学上称这种现象为“自旋”，并赋予它们一个物理量——自旋量子数，一般就简称为“自旋”。参与反应的粒子的自旋要守恒。然而，中子、质子、电子的自旋都是1/2，一个质子和一个电子的自旋，无论怎样合成也不可能等于中子的自旋。

其次，从动量守恒定律的角度来看也有问题。原子核发生β衰变的情况类似一个炮竹一炸为二，一片大的与另一片小的飞开去的方向正好相反，大碎片飞行的距离短些，小碎片飞行的距离长一些，我们说这炮竹爆炸前后动量守恒。β衰变时的“大碎片”就是原子核，“小碎片”则是电子。实验观测发现，电子的飞行方向与原子核的反冲方向很难得是严格相反的。这意味着它们并不遵从动量守恒定律提出的要求。

最严重的情况是，原子核β衰变的情况似乎对能量守恒定律提出了挑战。人们在对放射性射线的能量进行测定时发现，α射线和γ射线的能量是一些分立的值，这表明这些微观粒子的能量是不连续的，与量子论的观点相一致。但是，β射线的能量却是连续的，这似乎与原子核的能级是分立的能量值这一事实不符。另外，根据实验测得的结果，在过程n→p+e中，反应前后的能量并不守恒。这是个严重的问题，难道在β衰变中能量真的不守恒？