香蕉每 75 秒就會產生一個反物質嗎？

2020-05-06科學

香蕉產生反物質，是的。

antineutrino 微中子的反粒子。

本質過程是Beta「beta」衰變:

n \rightarrow p^{+} + e^{-} + \bar{\nu}

一個中子衰變成一個質子，加一個電子「beta粒子」和一個反微中子。

這是因為香蕉裏面含有一種天然放射性元素鉀40，「 ^{40}_{19}\mathrm{K} 」。鉀40能夠衰變成鈣40，「 ^{40}_{20}\mathrm{Ca} 」。兩種元素的總核子「質子和中子的總數」是一樣的，但鉀40的原子序數「質子數」為19，比鈣40少了一個。因此前者的一個中子轉化成了後者的一個質子。這個過程釋放出了反物質。

正電子

「補充」經評論區 @馮悅提醒，題主可能指的是產生正電子。鉀40確有10%的小機率衰變成氬40「 ^{40}_{18}\mathrm{Ar} 」，後者比前者多了一個中子少了一個質子。這是一個電子捕獲過程，一個質子捕獲一個電子產生中子和電子微中子： p^{+} + e^{-} \rightarrow n + \nu_e 。這裏實際上還沒有反粒子產生。但是這個過程有個次級過程，若鉀40原子核捕獲自身的外層電子，則次級原子氬40可以發生躍遷，釋放一個能量為1.46MeV的Gamma光子。當Gamma光子的能量大於1.02MeV「電子和正電子靜品質的和」時，可產生正負電子對「當然這個過程原子核是參與的，否則無法同時滿足能量和動量守恒」。這樣就產生了另一個反物質正電子。

經@程子醬提醒，鉀40也可以直接透過Beta正衰變氬40放出正電子： p^{+} \rightarrow n + e^{+} + \nu_e 。但是這個過程發生的機率很低，占所有衰變過程的0.001% ^[1] 。

這樣鉀40的衰變可以產生兩種反物質。

其實應該叫反粒子比較好。一般我們說物質的時候說的是反粒子組成的宏觀物質。一般不認為宇宙中存在自然形成的反物質，這個是物理前沿問題「正反物質不對稱」「來源 @子乾，private communication」

再看反粒子產生速率。

應該比每75秒產生一個反粒子快多了。

鉀40半衰期長達12億5千萬年，超過四分之一地球年齡。每克天然鉀的放射性活度「鉀40的貢獻」為31貝克勒「一種單位，每秒發生衰變的原子數」。而一個香蕉平均含有0.5克鉀，即15.5貝克勒的鉀40。因此平均每秒有15.5個鉀40原子衰變 ^[2] 。

「題主可能說的是小機率的正電子產生過程。更慢。」

另外，香蕉中還含有另一種天然放射性核素碳14。也會產生Beta衰變。一根香蕉含有15克碳，其中萬億分之一為碳14，每秒貢獻3-5個反粒子。

其實，吃不吃香蕉，人也一樣產生反粒子。人體內同樣含有鉀40和碳14。成年人體內平均含有0.0164克鉀40。而人體內18%為碳，每克碳內含有大約500億個碳14原子，其中每分鐘大約有10個碳14原子衰變。

放射線

既然像鉀40和碳14之類的天然核素具有放射性，那自然是有放射線的了。稍微多扯一下。

放射線劑量表 \Downarrow

圖片來自網路，侵刪。

第二個圖是第一個圖裏的藍色部份。相比綠色和紅色，藍色部份的放射線劑量非常小。比如：

家住在核電廠50英裏左右，一年的放射線劑量不如吃一根香蕉；

老式的映像管電視，大頭電腦，用一年相當於吃十根香蕉；

啥也不做，每天感受的宇宙背景放射線劑量都比拍牙醫X射線高。

當然最重要的是，手機沒游離輻射。0。

實際上，地球上普通人受到的累計背景放射線平均值為每年約3毫西弗「mSv」。美國核從業者每年的放射線劑量上限是50mSv，相當於50萬根香蕉。

扯得有點遠。

本來算是個抖機靈的回答，沒想到竟然有人關註，我謝謝大家。也謝謝香蕉。

針對評論區的腦洞做一點必要的補充吧：

香蕉是計量單位 。不是調侃，是有這個概念，叫做香蕉等效劑量「Banana Equivalent Dose，BED」，是一種非正式的游離輻射暴露劑量單位。這個單位是美國利佛摩國家實驗室的科研人員發明的，就是為了更好的跟大眾解釋，核放射線沒有人們想的那麽可怕。

賣香蕉的有風險嗎？ 不知道賣香蕉的一年能不能賣50萬根「1370根每天，好像有可能」。只要不時時刻刻蹲在香蕉筐裏，我猜應該沒事。不知道有沒有人統計過賣香蕉的患癌率是不是更高？我猜應該不會。不過有意思的是，一卡車香蕉足以觸發美國邊境口岸的放射線報警器 ^[3] 。

人體吸收鉀40有危害嗎？ 從食物中攝入的鉀40不會在身體內蓄積。過量的鉀會透過新陳代謝被腎臟排出。

產生的反物質去哪兒了？對人有沒有危害？ 反物質很難在自然界保存。實驗室裏倒是可以，例如正負電子對撞機裏的正電子束是被磁場儲存環保存的。人體內，正如大家提到的，湮滅了，正反不能見面，一見面就見光死了。湮滅了發出光子就完事了。當然拋開劑量談危害就是耍流氓。

還有其他食物有放射性嗎？ 有。包含鉀40的有馬鈴薯、腰果、瓜子、栗子等。巴西堅果含有放射性的鐳，每公斤的放射性活度為444貝克勒「放心吃」。當然不用說植物都有碳14，因此有種說法叫真酒有放射線，假酒沒放射線「酒精勾兌」。另外，煙草裏面含有放射性的釷、釙、鈾！

網上很多地方可以買到 防電腦放射線的食物 ，那是在交智商稅。

最後還想再聲明下，不知道評論區的朋友們是不是開玩笑的。每天吃一根香蕉只相當於宇宙本底放射線的百分之一。所以肯定是不用擔心的。賣香蕉和堅果的可不要找我。

關於一卡車香蕉能觸發美國邊境口岸的放射線報警器，可能還需要再補充下。這並不一定意味著一卡車香蕉放射線很大，更可能是邊境口岸的放射線探測器非常靈敏。就像煙霧報警器一樣，等著火了再響可就太晚了。

參考

^ Engelkemeir, D. W.; Flynn, K. F.; Glendenin, L. E. (1962). "Positron Emission in the Decay of K40". Physical Review. 126 (5): 1818. https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.126.1818
^ Bananas & Potassium https://web.archive.org/web/20110814155548/http://www.chiquitabananas.com/Worlds-Favorite-Fruit/bananas-and-potassium.aspx
^ Issue Brief: Radiological and Nuclear Detection Devices. Nti.org. Retrieved on 2010-10-19. https://www.nti.org/analysis/articles/radiological-nuclear-detection-devices/