放射性元素的發現與應用使得地質年代得以確立。其中,碳-14定年法是利用一種半衰期約5730年的碳同位素{}^{14}_{6}\mathrm{C}進行定年,此定年法被廣泛運用在含有碳的有機物上,也獲得了1960年的諾貝爾化學獎。{}^{14}_{6}\mathrm{C}緣起於大氣中的{}^{14}_{7}\mathrm{N}受到宇宙射線的中子撞擊生成不穩定的{}^{14}_{6}\mathrm{C}。{}^{14}_{6}\mathrm{C}會發生\beta衰變,並產生{}^{14}_{7}\mathrm{N}、電子\mathrm{e}^{-}和反微中子\bar{\nu}_{\mathrm{e}}。
早期科學家尚未發現有反微中子\bar{\nu}_{\mathrm{e}}的存在,以{}^{14}_{6}\mathrm{C}的\beta衰變為例,科學家以為\beta衰變只有釋出\beta粒子,如圖12所示。已知\beta衰變前後,原子核的初始態和末態的能量都是穩定的定值,實驗測得\beta粒子(電子\mathrm{e}^{-})的能量E_{\beta},與原子核初始態和末態的能量差\Delta E,相比之下,發現與能量守恆定律的預測有所出入。
包立不相信\beta衰變過程能量會不守恆,並提出\beta衰變過程會伴隨新粒子產生的假說。雖然有人持懷疑態度,然而費米不僅接受該假說,更進一步提出了弱交互作用理論,而包立所提出的新粒子即為理論模型中的反微中子\bar{\nu}_{\mathrm{e}}。由於觀測反微中子非常困難,一直到了1956年,才證實反微中子的存在,符合理論的預期。
地球大氣中{}^{14}_{6}\mathrm{C}與{}^{12}_{6}\mathrm{C}的比例(\frac{{}^{14}_{6}\mathrm{C}}{{}^{12}_{6}\mathrm{C}})會大致維持定值。生物體在生長過程中,{}^{14}_{6}\mathrm{C}亦會隨著食物鏈進入生物體內,使得生物體內的{}^{14}_{6}\mathrm{C}不斷與環境交換,進而使生物體內的\frac{{}^{14}_{6}\mathrm{C}}{{}^{12}_{6}\mathrm{C}}與環境中的\frac{{}^{14}_{6}\mathrm{C}}{{}^{12}_{6}\mathrm{C}}維持平衡;但當生物體死亡成為有機體之後,便不再補充{}^{14}_{6}\mathrm{C}。因此只要測定有機體中的\frac{{}^{14}_{6}\mathrm{C}}{{}^{12}_{6}\mathrm{C}},再與環境中的\frac{{}^{14}_{6}\mathrm{C}}{{}^{12}_{6}\mathrm{C}}相比,便能推測年代。
關於\beta衰變的敘述,下列何者正確?(2分)