一中性π介子相对于观察者以速度v=kc运动 后衰变为两个光子 两光子的运动轨迹与π介子原来方向成相等的角度θ。

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一中性π介子相对于观察者以速度v=kc运动,后衰变为两个光子,两光子的运动轨迹与π介子原来方向成相等的角度θ。证明:(1)两光子有相等的能量;(2)cosθ=k。

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答案解析

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  • 以观察者为K系,在图中取坐标Oxy。设中性π介子的能量为Eπ,动量为Pπ,两个光子的能量分别为E1和E2,动量分别为P1和P2。
       1.BDD5B7.jpg
       由x方向动量守恒:
       pπ=p1x+p2x==p1cosθ+p2cosθ   (1)
       由y方向动量守恒:
       0=P1y+P2y=P1sinθ-p2sinθ    (2)
       由能量守恒定律
       Eπ=E1+E2    (3)
       相对论动量和能量关系为
       latex.action?latex=RV57Mn09Y14ycF4yK21fezB9XnsyfWNeNA%3D%3D    (4)
       由式(4),因光子的静止质量为零,得
       latex.action?latex=cF97MX09XGZyYWN7RV97MX19e2N9LHBfezJ9PVxmcmFje0VeezJ9fXtjfQ%3D%3D    (5)
       将式(5)代入式(2),得
       E1=E2  或  P1=P2    (6)
       即光子的能量相等,动量大小也相等。
       由式(3),可得
       Eπ=2E1    (7)
       将式(5)~式(7)代入式(1),并考虑到
       latex.action?latex=cF97XHBpIH09bV97XHBpIH12PVxmcmFje21fezBccGkgfXZ9e1xzcXJ0ezEtdl57Mn0vY14yfX0s%0D%0ARV97XHBpIH09bV97XHBpIH1jXjI9XGZyYWN7bV97MFxwaX0gY157Mn19e1xzcXJ0ezEtdl4yL2Ne%0D%0AMn19
       可得
       cosθ=k