Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Zapisz jako PDF Udostępnij materiał
Rc3kWzG8zRouN
Ćwiczenie 1
Uzupełnij poniższe zdania. Użyj słów proton lub neutron w odpowiedniej formie gramatycznej. Odpowiedzi: a) Masa Tu uzupełnij jest większa niż masa Tu uzupełnij. b) Skład kwarkowy Tu uzupełnij to uud. c) Cząstką uważaną za stabilną jest Tu uzupełnij. d) W wyniku przemiany Tu uzupełnij powstaje Tu uzupełnij oraz elektron i odpowiadające mu antyneutrino.
Ćwiczenie 2
R1H7GGDoIqQj3
Według pomiarów przeprowadzonych w 2010 roku promień protonu wynosi 0,84 fm. Zakładając, że proton ma kształt kulki wyznacz objętość protonu w jednostkach fm3 oraz m3. Wyniki podaj z dokładnością do jednej cyfry po przecinku. Wynik w m3 uzupełnij odpowiednią potęgą liczby 10. Odpowiedzi: Objętość protonu wynosi Tu uzupełnij fm3. Objętość protonu wynosi Tu uzupełnij∙10-45 m3. Obliczenia tego typu pokazują bardzo dobrze, dlaczego femtometr jest naturalną skalą odległości w fizyce jądrowej.
Ćwiczenie 3
ROs4fAFfK8huB
Masa spoczynkowa neutronu wynosi 939,565 MeV/c2. Oblicz masę spoczynkową neutronu w kg. Wynik podaj z dokładnością do trzech miejsc po przecinku i uzupełnij potęgę liczby 10. Odpowiedź: Masa spoczynkowa neutronu wynosi Tu uzupełnij · 10n kg, n=Tu uzupełnij.
Ćwiczenie 4
RJUTlhkgoNeSd
Oblicz stosunek masy neutronu mn do masy protonu mp. Wynik podaj z dokładnością do 4 miejsc po przecinku. Odpowiedź: mn/mp = Tu uzupełnij
Ćwiczenie 5

Gdybyśmy znali dokładne masy samych („gołych”) kwarków moglibyśmy zapisać, że

masaprotonu=(sumamas"gołych"kwarkówu,uid)+EPOLA/c2

gdzie EPOLA to energia pola wzajemnego oddziaływania pomiędzy kwarkami budującymi proton.

Ponieważ kwarki nie występują swobodnie, wprowadzono pojęcie masy kontytuentnej kwarka. Masa konstytuentna kwarka odpowiada sumarycznej masie samego („gołego”) kwarka i pola go otaczającego będącego wynikiem oddziaływania z pozostałymi kwarkami. Masy konstytuentne kwarków są wartościami szacunkowymi i nie mogą być bezpośrednio zmierzone w eksperymencie.

Korzystając z mas konstytuentnych można zapisać, że

masaprotonu=(sumamaskonstytuentnychkwarkówu,uid)

Czy na podstawie faktu, że masa neutronu jest praktycznie taka sama jak masa protonu można wywnioskować, że masy konstytuentne kwarków ud są w przybliżeniu takie same? Uzasadnij swoją odpowiedź.

uzupełnij treść
Ćwiczenie 6
RSlR2uIamTln2
W wyniku przemiany neutronu powstają trzy cząstki: proton, elektron i odpowiadające mu antyneutrino elektronowe. Różnica mas, Δ m, pomiędzy neutronem a produktami przemiany zamieniana jest na energię kinetyczną powstałych cząstek zgodnie ze wzorem E= Δ mc2. Zakładając, że masa elektronu wynosi 0,511 MeV/c2, a masa antyneutrina elektronowego jest pomijalnie mała, oblicz, ile energii kinetycznej unoszą powstałe w przemianie cząstki. Wynik podaj z dokładnością do trzech miejsc po przecinku. Odpowiedź: Energia kinetyczna produktów reakcji wynosi: Tu uzupełnij MeV.
Ćwiczenie 7

Nukleony mogą występować w stanach wzbudzonych, czyli w stanach o podwyższonej energii. Nukleon w stanie wzbudzonym jest traktowany jako osobna cząstka, ponieważ ma inną masę spoczynkową niż nukleon w stanie podstawowym. Wyższa masa spoczynkowa powoduje, że nukleony w stanach wzbudzonych mogą ulegać przemianom, w których powstają cząstki nazywane pionami. Piony, inaczej mezony π, to cząstki zbudowane z pary kwark‑antykwark (co symbolicznie można zapisać jako qq, gdzie q to symbol odpowiedniego kwarka, a q odpowiedniego antykwarka). Piony mogą być neutralne ( π 0), dodatnio naładowane ( π +) lub ujemnie naładowane ( π -).

Bariony delta, Δ + Δ 0 to cząstki będące nukleonami w stanach wzbudzonych. Cząstka Δ + ma masę spoczynkową wynoszącą około 1232 MeV/cIndeks górny 2 i taki sam skład kwarkowy, jak proton. Cząstka Δ 0 ma również masę spoczynkową wynoszącą około 1232 MeV/cIndeks górny 2, a jej skład kwarkowy jest taki sam, jak neutronu. Obie cząstki delta są wyjątkowo nietrwałe i ulegają przemianom średnio po czasie rzędu 10Indeks górny -24 s. Cząstki delta mogą ulegać przemianom z emisją naładowanego pionu zgodnie ze schematami:

a) Δ + π ++n

b) Δ 0 π -+p

Określ, jakie są składy kwarkowe mezonów π + π - wiedząc, że w podanych przemianach zachowane są liczby kwarków ud.

R1LuePuGOuOsv
Skład kwarkowy mezonu π + to …

Skład kwarkowy mezonu π - to …
Ćwiczenie 8
RXfW8V2DmlrWx
Niektóre teorie przewidują, że proton może ulec przemianie na cząstki niebędące barionami. Przeprowadzone eksperymenty nie pozwoliły dotąd zaobserwować ani jednej przemiany swobodnego protonu. W związku z tym szacuje się, że średni czas życia protonu musi wynosić ponad 1030 lat. O ile rzędów wielkości szacunkowy średni czas życia protonu jest większy od wieku Wszechświata, który szacowany jest na 13,8 miliardów lat? Czy proton słusznie jest uważany za cząstkę stabilną? Odpowiedź: Szacunkowy średni czas życia protonu jest większy od wieku Wszechświata o Tu uzupełnij rzędów wielkości.