ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Ядерная физика
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 3344
Скачиваний: 10
4.7 Итоговые замечания
61
Решение:
Запишем реакцию:
7
3
Li
+
1
1
P
→
4
2
He
+
4
2
He.
В таблице А.2 приложения А находим:
энергия покоя
7
3
Li E
Li
= E
1
= 7,016 ⋅ 931,5 = 6535,4 МэВ;
энергия покоя E
α
= 4,026 ⋅ 931,5 = 372,4 МэВ.
Энергия покоя протона (табл. А.1 приложения А): E
p
= 938,3 МэВ.
Закон сохранения импульса (рис. 4.4):
P
p
= 2P
α
⋅ cos 3.
(4.4)
Рис. 4.4 – Иллюстрация к закону сохранения импульса
Закон сохранения энергии:
E
p
+ E
1
+ E
кp
= 2E
α
+ 2E
к
α
.
(4.5)
Возведем (4.4) в квадрат:
P
2
p
= 4P
2
α
⋅ cos
2
3.
Поскольку E
к
= P
2
/2m, заменим:
2m
p
E
кp
= 4 ⋅ 2m
α
E
к
α
⋅ cos
2
3.
cos
2
3 =
m
p
E
кp
4m
α
E
к
α
.
(4.6)
Из (4.5) выразим E
к
α
:
E
к
α
= E
p
+ E
1
+ E
кp
− 2E
α
⇒ (4.6)
cos
2
3 =
m
p
E
кp
2m
α
(E
p
+ E
1
+ E
кp
− 2E
α
)
=
=
1,0073
⋅ 10
2
⋅ 4,0026 (938,3 + 6535,4 + 10 − 2 ⋅ 3728,4)
=
10,073
215,34
= 0,0467;
cos
α = 0,216; α = 77,5
○
.
Искомый угол 2
3 = 155°.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
62
Глава 4. Элементарные частицы
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Пример 4.3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Остановившийся пион (энергия покоя E
0
π
= 140 МэВ) распался на мюон (энер-
гия покоя E
0
µ
= 105,6 МэВ) и нейтрино. Найти кинетическую энергию мюона (E
µ
).
Решение:
Источником образовавшихся мюона и нейтрино (v) и их кинетических энергий
является энергия покоя пиона. Поэтому закон сохранения энергии:
E
0
π
= E
0
µ
+ E
µ
+ E
v
.
(4.7)
Закон сохранения импульса:
Ð
→
P
µ
=
Ð
→
P
v
(4.8)
P
µ
=
E
v
c
=
E
0
π
− E
0
µ
− E
µ
c
.
Обозначим E
0
π
− E
0
µ
= ∆E
0
(разность энергий покоя пиона и мюона).
Из (4.8):
(∆E
0
/c) − (E
µ
/c) = P
µ
; P
µ
= (2m
µ
E
µ
)
1
/2
;
[(∆E
0
/c) − (E
µ
/c)]
2
= 2m
µ
E
µ
;
∣c
2
∣ — умножим обе части равенства на c
2
.
∆E
2
0
+ E
2
µ
− 2∆E
0
⋅ E
µ
= 2m
µ
c
2
E
µ
.
E
2
µ
− 2∆E
0
⋅ E
µ
− 2E
0
µ
E
µ
+ ∆E
2
0
= 0.
E
2
µ
− 2E
µ
(E
0
π
− E
0
µ
+ E
0
µ
) + ∆E
2
0
= 0.
E
2
µ
− 2E
0
π
E
µ
+ ∆E
2
0
= 0.
E
µ
=
2E
0
π
±
√
∆E
2
0
π
− 4∆E
2
0
2
= E
0
π
±
√
E
2
0
π
− ∆E
2
0
=
= 140 ±
√
(140)
2
− (34,4)
2
= 140 ± 135,7.
E
µ
= 4,3 МэВ (E
µ
> E
0
π
невозможно
).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы по главе 4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Что такое «элементарная частица»?
2. Свойства и типы элементарных частиц.
3. Напишите формулу для пороговой энергии реакции между элементарными
частицами.
4. Характеристики взаимодействий между элементарными частицами.
Контрольные вопросы по главе 4
63
5. Виды лептонов, закон сохранения лептонных зарядов.
6. Виды (ароматы) кварков. Из каких кварков состоят мезоны и адроны?
7. Почему кварки ненаблюдаемы? Что такое «глюонное взаимодействие»?
8. Перечислите «фундаментальные фермионы», из которых состоит вещество
Вселенной.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Ядерная и физика элементарных частиц (ЭЧ) — наименее разработанные раз-
делы физики, здесь ещё достаточно «белых пятен», но именно в ядрах атомов и во
взаимодействиях между ЭЧ скрыты огромные запасы энергии, от которой зави-
сит будущее человечества, поэтому эти разделы физики интенсивно изучаются. Не
исключено, что будущие студенты будут изучать ещё и другие законы ядра. В дан-
ном пособии изложены те представления, которые на сегодняшний день являются
наиболее обоснованными.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Савельев И. В. Курс общей физики : учеб. пособие для втузов : в 3 т. /
И. В. Савельев. — М., 1979. — Т. 3. — С. 228–300.
[2] Сивухин Д. В. Общий курс физики : учеб. пособие для вузов : в 5 т. / Д. В. Си-
вухин. — М. : Наука, 1989. — Т. 5, часть 2 : Ядерная физика. — 416 с.
[3] Широков Ю. М. Ядерная физика : учеб. пособие для студ. университетов /
Ю. М. Широков, Н. П. Юдин. — М. : Наука, 1972. — 670 с.
[4] Окунь Л. Б. Физика элементарных частиц / Л. Б. Окунь. — М. : Наука, 1988. —
272 с.
[5] Чертов А. Г. Задачник по физике / А. Г. Чертов, А. А. Воробьев. — М. : Высшая
школа, 1988. — С. 380–402.
[6] Иродов И. Е. Сборник задач по атомной физике / И. Е. Иродов. — М. : Госстан-
дарт, 1960. — С. 94–113.