1408
.pdf
8. На рисунке показана кварковая диаграмма -распада нуклона. Какой реакции соответствует эта диаграмма?
1) p n e e ; 2) n n e e ; 3) n p e e ; 4) p p e e .
32. На рисунке показана кварковая диаграмма распада -гиперона. Какой реакции соответствует эта диаграмма?
1) 0 p 0 ; |
2) 0 n ; |
|
3) 0 p ; |
4) 0 n . |
|
33. На рисунке показана кварковая |
||
диаграмма распада |
K -мезона. Какой |
|
реакции соответствует эта диаграмма? |
||
1) |
K ; |
2) K к ; |
3) |
K 0 ; |
4) K 0 . |
Достаточный уровень
1. Покоящийся мюон распадается на электрон и два нейтрино. Предполагая, что образовавшийся электрон тоже покоится, определите энергии и импульсы нейтрино.
Ответ: W 52,6 МэВ; p 2,8 10 20 кг м/c.
2. Определите пороговую энергию образования электронно-позитронн- ой пары в кулоновском поле электрона, которая происходит по схеме
e e e e .
Ответ: Q 1,02 МэВ.
3.Покоящийся таон распадается на мюон и нейтрино, при этом мюон летит в одну сторону, а оба нейтрино – в противоположную сторону. Определите кинетическую энергию мюона.
Ответ: WK 791 МэВ.
4.Определите максимальную кинетическую энергию электрона, испускаемого при распаде нейтрона. Напишите схему распада.
Ответ: WK 1,25 10 13 Дж.
191
5.Какова минимальная энергия -кванта, способного породить пару «протон – антипротон»?
Ответ: W 1,88 ГэВ.
6.При аннигиляции электрона и позитрона образовались два одинаковых-кванта. Определитеэнергиюкаждогоизних.
Ответ: W 939,6 МэВ.
7.Нейтральный пион распадается на два -кванта: 0 2 . Масса пиона равна 264,1 me . Определите модуль импульса одного из образовав-
шихся -квантоввсистемеотсчета, гдепервичныйпионпокоится.
Ответ: p 3,6 10 20 кг м/c.
8. Свободный пион ( 0 -мезон) с энергией покоя 135 МэВ движется со скоростью , которая значительно меньше скорости света. В результате его распада образовались два -кванта, причём один из них распространяется в направлении движения пиона, а другой – в противоположном направлении. Энергия одного кванта на 10 % больше, чем другого. Чему равна скорость пиона до распада?
Ответ: 1,43 107 м/с.
9. Неподвижный K 0 -мезон распадается на два заряженных -мезона.
Масса покоя K 0 -мезона равна 965m |
где m масса покоя электрона; мас- |
|
|
0 |
0 |
са каждого -мезона |
m 1,77m0 |
, где m0 его масса покоя. Най- |
дите массу покоя m0 -мезонов и их скорость в момент образования.
Ответ: m0 2,48 10 28 кг; 2,79 108 м/с.
10.Взаимодействие -мезона с протоном в водородной пузырьковой камере с образованием неизвестной частицы X идет по схеме, представленной на рисунке. Определите заряд и спин частицы X .
11.Взаимодействие К-мезона с протоном в водородной пузырьковой камере идет по схеме, представленной на рисунке. Определите заряд и спин К-мезона.
192
Контрольные вопросы
1.Дайте определения элементарных и фундаментальных частиц.
2.Какая частица называется позитроном? Чем она отличается от электрона?
3.В чем заключается явление аннигиляции пары «частица – античастица»?
4.Какие взаимодействия называются фундаментальными?
5.Какие частицы называются лептонами? Перечислите их дуплетами.
6.Сформулируйте закон сохранения лептонного заряда.
7.Какие частицы называются адронами?
8.Чем отличаются мезоны от барионов?
9.В чем смысл закон сохранения барионного заряда?
10.Чему равны электрические заряды, спины и барионные заряды кварков?
11.Как из кварков строятся мезоны, барионы?
12.Перечислите и охарактеризуйте частицы-переносчики фундаментальных взаимодействий.
193
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вклассической механике рассматривается два вида движения: движение тела с локализацией перемещающегося объекта в каждой точке траектории в определенный момент времени и движение волны, делокализованной в пространстве среды. Для микрообъектов такое разграничение движения невозможно.
Способность микрочастицы, обладающей массой, размерами и зарядом, одновременно проявлять и свойства, характерные для волн, например, способность к дифракции, называется корпускулярно-волновым дуализмом. В зависимости от того, какие свойства объекта изучаются, он проявляет либо свойства частицы, либо свойства волны.
Внастоящее время волновые свойства микрочастиц (электронов, протонов, нейтронов и др.) подтверждены экспериментально. Можно с уверенностью говорить, что волновая природа вещества является непреложным фактом. Отсюда следует, что описание движения микрочастиц должно принципиально отличаться от описания движения макроскопических тел в классической физике. Понятия волна и частица в квантовой механике сливаются воедино, образуя единый образ объектов микромира волна-
частица.
194
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Трофимова, Т.И. Сборник задач по курсу физики с решениями [Текст] / Т.И. Трофимова, З.Г. Павлова. – М.: Абрис, 2012. – 312 с.
2.Бондарев, Б.В. Курс общей физики [Текст] / Б.В. Бондарев, Н.П. Калашников, Г.Г. Спирин. – М.: Юрайт, 2013. – 354 с.
3.Грабовский, Р.И. Курс физики [Текст] / Р.И. Грабовский – СПб.:
Лань, 2012. – 608 с.
4.Паршаков, А.Н. Физика колебаний [Текст] / А.Н. Паршаков. –
Пермь: ПГТУ, 2010. – 302 с.
5.Сивухин, Д.В. Общий курс физики [Текст] / Д.В. Сивухин. – М.:
Физматлит, 2014. – 560 с.
6.Трофимова, Т.И. Курс физики [Текст] / Т.И. Трофимова – М.:
КноРус, 2015. – 592 с.
7.Никеров, В.А. Механика и молекулярная физика [Текст] / В.А. Никеров – М.: Дашков и К, 2012. – 136 с.
8.Хавруняк, В.Г. Курс физики [Текст] / В.Г. Хавруняк. – М.: ИНФРА-М, 2014. – 400 с.
195
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ.................................................................................................. |
3 |
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... |
4 |
1. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ...................................................... |
5 |
1.1. Тепловое излучение.................................................................................. |
5 |
1.1.1. Характеристики теплового излучения .......................................... |
5 |
1.1.2. Понятие абсолютно черного тела.................................................. |
6 |
1.1.3. Спектральный коэффициент поглощения. Закон Кирхгофа....... |
7 |
1.1.4. Формула Планка. Законы теплового излучения абсолютно |
|
черного тела..................................................................................... |
9 |
Контрольные вопросы............................................................................. |
27 |
1.2. Фотоэффект............................................................................................. |
27 |
Контрольные вопросы............................................................................. |
42 |
1.3. Энергия и импульс фотона. Давление света........................................ |
42 |
Контрольные вопросы............................................................................. |
56 |
1.4. Эффект Комптона................................................................................... |
56 |
Контрольные вопросы............................................................................. |
69 |
2. ОСНОВЫ ФИЗИКИ АТОМА....................................................................... |
70 |
2.1. Боровская модель атома и концепция квантования............................ |
70 |
2.2. Спектр атома водорода .......................................................................... |
72 |
2.3. Комбинационный принцип Ритца......................................................... |
74 |
2.4. Энергетический спектр атома водорода............................................... |
74 |
Контрольные вопросы............................................................................. |
91 |
2.5. Корпускулярно-волновой дуализм микрообъектов............................ |
91 |
2.6. Соотношение неопределённостей 93 |
|
Контрольные вопросы........................................................................... |
104 |
2.7. Понятие состояния в квантовой механике. Волновая функция...... |
104 |
2.8. Основное уравнение квантовой механики......................................... |
105 |
2.9. Квантовая теория поля......................................................................... |
107 |
2.10. Квантовые числа. Принцип Паули.................................................... |
108 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
125 |
3. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ........... |
126 |
3.1. Состав атомных ядер............................................................................ |
126 |
3.2. Характеристики атомного ядра........................................................... |
127 |
3.3. Дефект массы и энергия связи ядра.................................................... |
128 |
3.4. Ядерные силы........................................................................................ |
131 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
143 |
3.5. Радиоактивность................................................................................... |
144 |
3.5.1. Естественная радиоактивность.................................................. |
144 |
196
3.5.2. Искусственная радиоактивность................................................ |
146 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
157 |
3.6. Ядерные реакции .................................................................................. |
158 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
168 |
3.7. Элементарные частицы........................................................................ |
168 |
3.7.1. История открытия элементарных частиц. Общие |
|
характеристики элементарных частиц...................................... |
168 |
3.7.2. Античастицы................................................................................ |
172 |
3.7.3. Фундаментальные физические взаимодействия ...................... |
174 |
3.7.4. Классы элементарных частиц. Взаимодействие элементарных |
|
частиц............................................................................................ |
178 |
Контрольные вопросы........................................................................... |
193 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................ |
194 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................................ |
195 |
197
Учебное издание
Очкина Наталья Александровна Шмарова Татьяна Сергеевна
ФИЗИКА
КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ. ОСНОВЫ ФИЗИКИ АТОМА, АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
Учебное пособие
Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. Г.И. Грейсуха
Р е д а к т о р |
Н.Ю. Шалимова |
В е р с т к а |
Н.А. Сазонова |
________________________________
Подписано в печать 19.08.2015. Формат 60 84/16. Бумага офисная «Снегурочка». Печать на ризографе.
Усл. печ. л. 11,5. Уч.-изд. л. 12,375. Тираж 80 экз.
Заказ №311.
___________________________________________________
Издательство ПГУАС. 440028, г.Пенза, ул. Германа Титова, 28.
198