7.2.Элементы физики атомного ядра и эементарных частиц
.doc7.97. Дайте определение и объясните происхождение первичного и вторичного космического излучения.
7.98. Объясните происхождение мягкого и жесткого компонентов вторичного космического излучения.
7.99. Представьте схематически и объясните происхождение электронно-позитронно-фотонного, или каскадного, ливня.
7.100. Запишите схемы распада положительного и отрицательного мюонов.
7.101. При соударении высокоэнергетического положительного мюона и электрона может образоваться два нейтрино. Запишите эту реакцию и объясните, какого типа нейтрино образуются.
7.102. При захвате протоном отрицательного мюона образуются нейтрон и еще одна частица. Запишите эту реакцию и определите, что это за частица.
7.103. Принимая, что энергия релятивистских мюонов в космическом излучении составляет 3 ГэВ, определите расстояние, проходимое мюонами за время их жизни, если собственное время жизни мюона t0=2,2 мкс, а энергия покоя Е0=100 МэВ. [19,8 км]
7.104. Известно, что продукты распада заряженных пионов испытывают дальнейший распад. Запишите цепочку реакций для π+- и π–-мезонов.
7.105. π0-Мезон распадается в состоянии покоя на два γ-кванта. Принимая массу пиона равной 264,1те, определите энергию каждого из возникших γ квантов. [67,7 МэВ]
7.106. Известно, что распад нейтрального коротко-живущего каона происходит по схеме K →π++π–. Принимая, что до момента распада каон покоился и его масса составляет 974те, определите массу образовавшихся заряженных π-мезонов, если известно, что масса каждого образовавшегося пиона в 1,783 раза больше массы покоившегося пиона. [273,l me]
7.107. K+-мезон распадается (в состоянии покоя) на два пиона. Принимая массу каона равной 966,2mе и пренебрегая разностью масс заряженного и нейтрального пионов, определите энергию каждого из возникших пионов. [247,5 МэВ]
7.108. Назовите и охарактеризуйте четыре типа фундаментальных взаимодействий, а также сравните радиусы их действия. Какое из взаимодействий является универсальным?
7.109. Что называется изотопическим мультиплетом и изотопическим спином?
7.110. Возможно ли вынужденное излучение, если фотоны были бы фермионами? Дайте объяснение.
7.111. Объясните, в чем заключается принцип зарядового сопряжения.
7.112. Запишите продукты распада антинейтрона.
7.113. При столкновении нейтрона и антинейтрона происходит их аннигиляция, в результате чего возникает два γ-кванта, а энергия частиц переходит в энергию γ-квантов. Определите энергию каждого из возникших γ-квантов, принимая, что кинетическая энергия нейтрона и позитрона до их столкновения пренебрежимо мала. [942 МэВ]
7.114. Перечислите основные свойства нейтрино и антинейтрино и объясните, чем по современным представлениям они отличаются друг от друга.
7.115. Выбрав из четырех типов нейтрино (антинейтрино) (νe, ṽe, νμ, ṽμ) правильное, напишите недостающие обозначения (х) в каждой из приведенных реакций:
1) x+ n→ p+ e;
2) x+ n→ p+μ–;
3) x+ p→ n+ e.
7.116. Назовите элементарную частицу, обладающую наименьшей массой. Чему равно зарядовое число этой частицы?
7.117. Элементарным частицам приписывают квантово-механическую величину – четность. Что она характеризует? В чем заключается закон сохранения четности и при каких взаимодействиях он выполняется?
7.118. Объясните, какая характеристика элементарных частиц положена в основу деления адронов на мезоны и барионы.
7.119. Объясните, к какой группе элементарных частиц и почему относится: 1) Λ0-гиперон; 2) протон; 3) тау-лептон; 4) π0-мезон.
7.120. Объясните, к какой группе элементарных частиц и почему относится: 1) мюонное нейтрино; 2) нейтрон; 3) фотон; 4) К0-мезон.
7.121. Перечислите, какие величины сохраняются для процессов взаимопревращаемости элементарных частиц, обусловленных слабым и сильным взаимодействиями.
7.122. Определите, какие из приведенных ниже процессов разрешены законом сохранения лептонного числа:
1) p→n+e++νe;
2) K–→μ–+ṽμ;
3) π+→μ++e–+e+;
4) K+→e++π0+νe.
7.123. Определите, какие из приведенных ниже процессов запрещены законом сохранения странности:
1) p+π–→Λ0+K0;
2) p+π–→Σ++K–;
3) p+n→Λ0+Σ+;
4) p+π–→K–+K++n.
7.124. Ниже приведены запрещенные способы распада. Перечислите для каждого из них законы сохранения, которые он нарушает.
1) π–→μ–+ νμ;
2) K–+n→Ω–+K++K0;
3) p+n→Λ0+Σ+.
7.125. Ниже приведены запрещенные способы распада. Перечислите для каждого из них законы сохранения, которые в нем нарушаются.
1) p+p→p+π+;
2) π–+p→K–+Σ+;
3) π–+n→Λ0+K–;
4) π–→μ–+e++e–.
7.126. Исследование взаимопревращаемости элементарных частиц привело к открытию нового свойства симметрии – операции зарядового сопряжения, заключающейся в том, что при замене частицы на античастицу в уравнении данной реакции получается новая реакция. Примените операцию зарядового сопряжения к следующим процессам:
1) Σ+→p+π0;
2) p+ →Σ–+ +K0+K–.
7.127. Примените операцию зарядового сопряжения (см. задачу 7.126) к следующим процессам:
1) π0→2γ;
2) p+K–→Σ0+π++π–.
7.128. Охарактеризуйте основные свойства кварков (антикварков) – числа (зарядовое и барионное), спин, странность, цвет, очарование, прелесть.
7.129. Объясните, почему понадобилось введение внутренних характеристик кварков – цвета и очарования.
7.130. Запишите, какие комбинации известных в настоящее время кварков воспроизводят свойства: 1) нейтрона, 2) протона; 3) π+-мезона, 4) π–-мезона; 5) Σ0-гиперона.