Theory Greek (Cyprus) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 μονάδες)

Σχετικά έγγραφα
Theory Greek (Greece) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες)

Theory Greek (Greece) Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 Μονάδες)

Q2-1. Πού βρίσκεται το νετρίνο; (10 μονάδες) Theory. Μέρος A. Η Φυσική του Ανιχνευτή ATLAS (4.0 μονάδες) Greek (Greece)

To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισµός Πυρηνικών Ερευνών) είναι το µεγαλύτερο σε έκταση (πειραµατικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωµατιδι

Μαγνητικό πεδίο.

+ E=mc 2! Οι επιταχυντές επιλύουν δυο προβλήματα :

Προγραμματισμένο διαγώνισμα Φυσικής κατεύθυνσης Β Λυκείου Κυριακή 23 Μαρτίου 2014

ΥΤΙΚΗ ΚΑΣΕΤΘΤΝΗ Μ Α Θ Η Μ Α : Ε Π Ω Ν Τ Μ Ο :... Ο Ν Ο Μ Α :... Σελίδα 1 από 5 Ε Π Ι Μ Ε Λ Ε Ι Α Θ Ε Μ Α Σ Ω Ν : ΜΠΑΡΛΙΚΑ ΩΣΗΡΗ

ΘΕΜΑ 1 ο. ΘΕΜΑ 2 ο. Η δυναμική ενέργεια ανήκει στο σύστημα των δύο φορτίων και δίνεται από τη σχέση:

Στις ερωτήσεις 1.1 έως 1.5 επιλέξτε τη σωστή απάντηση.

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Μάθημα 1γ: Επιταχυντές (α' μέρος) Λέκτορας Κώστας Κορδάς

Μελέτη της επίδρασης ενός μαγνητικού πεδίου στην κίνηση των ηλεκτρονίων. Μέτρηση του μαγνητικού πεδίου της γης.

ΠΡΟΤΥΠΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ

ΚΙΝΗΣΕΙΣ ΦΟΡΤΙΩΝ ΣΕ Ο.Μ.Π. 1. Στο σχήμα δίνονται δύο ομογενή μαγνητικά πεδία με εντάσεις μέτρων Β 2 =2Β 1

Πλησιάζοντας την ταχύτητα του φωτός. Επιταχυντές. Τα πιο ισχυρά μικροσκόπια

Φυσική για Μηχανικούς

Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

Γ ΤΑΞΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΙ ΕΠΑΛ (ΟΜΑΔΑ Β )

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 3 ΙΟΥΛΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

1.Η δύναμη μεταξύ δύο φορτίων έχει μέτρο 120 N. Αν η απόσταση των φορτίων διπλασιαστεί, το μέτρο της δύναμης θα γίνει:

ΑΣΚΗΣΗ 11. Προσδιορισμός του πηλίκου του φορτίου προς τη μάζα ενός ηλεκτρονίου

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΚΥΜΑΤΑ ΤΟ ΥΛΙΚΟ ΕΧΕΙ ΑΝΤΛΗΘΕΙ ΑΠΟ ΤΑ ΨΗΦΙΑΚΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΑ ΒΟΗΘΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟΥ ΠΑΙΔΕΙΑΣ.

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

Ηλεκτρομαγνητισμός. Μαγνητικό πεδίο. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Α2. Στο πρότυπο του Bohr, ο λόγος της κινητικής προς τη δυναμική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου του υδρογόνου είναι ίσος με: α. β. γ. δ.

ιαγώνισµα Β Τάξης Ενιαίου Λυκείου Ηλεκτρικό Πεδίο - Πυκνωτές

ΔΙΑΚΡΟΤΗΜΑ - Τα Καλύτερα Φροντιστήρια της Πόλης!

ΕΠΙΛΟΓΗ ΘΕΜΑΤΩΝ ΠΑΝΝΕΛΛΗΝΙΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ

Παρακαλώ διαβάστε πρώτα τις πιο κάτω οδηγίες:

ΟΡΟΣΗΜΟ ΘΕΜΑ Δ. Δίνονται: η ταχύτητα του φωτός στο κενό c 0 = 3 10, η σταθερά του Planck J s και για το φορτίο του ηλεκτρονίου 1,6 10 C.

B 2Tk. Παράδειγμα 1.2.1

Φυσικό Τμήμα Παν/μιο Ιωαννίνων - Ειδική Σχετικότητα - 1 Λυμένα Προβλήματα - IV

Μαθηµα Φεβρουαρίου 2011 Tuesday, February 22, 2011

ΑΤΟΜΙΚΑ ΠΡΟΤΥΠΑ. Θέμα Δ

φορτισμένου πυκνωτή με διεύθυνση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου, όπως

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 19/04/16

EΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ B ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ-ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Αναζητώντας παράξενα σωματίδια στο A LargeIonColliderExperimnent. MasterClasses : Μαθήματα στοιχειωδών σωματιδίων

Πεδία δυνάμεων. Ηλεκτρισμός και μαγνητισμός διαφορετικές όψεις του ίδιου φαινομένου του ηλεκτρομαγνητισμού. Ενοποίηση των δύο πεδίων μετά το 1819.

Κωστής Χαλκιαδάκης, φυσικός. Συσκάκης Γιάννης, φυσικός. 10 Ερωτήσεις και 10 απαντήσεις για το CERN

Εργαστηριακή Άσκηση 14 Μέτρηση του λόγου e/m του ηλεκτρονίου.

Γ ΚΥΚΛΟΣ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΤΙΚΩΝ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΩΝ Προτεινόμενα Θέματα Γ ΓΕΛ Φεβρουάριος Φυσική ΘΕΜΑ Α

39th International Physics Olympiad - Hanoi - Vietnam Theoretical Problem No. 2. Λύση. Εικόνα 1

Κίνηση σε Ηλεκτρικό Πεδίο.

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΔΕΥΤΕΡΑ 18 ΙΟΥΝΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ: ΦΥΣΙΚΗ

Η ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Φυσικά ή τεχνητά ραδιονουκλίδια

Δ. Σαμψωνίδης & Κ.Κορδάς. Ανιχνευτές : Μάθημα 2β Μέτρηση ορμής σωματιδίου

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Φ Υ ΣΙΚ Η ΚΑ ΤΕ ΥΘ ΥΝ ΣΗ Σ

Κίνηση σε Ηλεκτρικό Πεδίο.

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου)

ΘΕΜΑ Β Β.1 Α) Μονάδες 4 Μονάδες 8 Β.2 Α) Μονάδες 4 Μονάδες 9

Διαγώνισμα B Λυκείου Σάββατο 22 Απριλίου 2017

Γ.Κονδύλη 1 & Όθωνος-Μ αρούσι Τ ηλ. Κέντρο: , /

Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό καθεμιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-4 και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ

Φυσική για Μηχανικούς

Λύση Α. Σωστή η επιλογή α. Β.

Προτεινόμενα θέματα για τις εξετάσεις 2011

E = T + m 0. E 2 = p 2 + m 2 0. (T + m 0 ) 2 = p 2 + m 2 0 () T 2 + 2T m 0 = p 2 () p = T 2 + 2T m 0. s T + 1. p 2T m0

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου) Χ. Πετρίδου, Κ. Κορδάς. Μάθημα 2β: Πειράματα-Ανιχνευτές

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑΔΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2018 A ΦΑΣΗ ΦΥΣΙΚΗ

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 18/04/16

και προσπίπτει σε ακίνητο άτομο υδρογόνου που αρχικά βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση.

ΑΝΙΧΝΕΥΤΕΣ ΚΑΒΑΛΑΡΗ ΑΝΝΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΔΟΥ ΙΩΑΝΝΑ ΚΟΥΣΟΥΝΗ ΜΑΡΓΑΡΙΤΑ

. Για τα δύο σωµατίδια Α και Β ισχύει: q Α q, Α, q Β - q, Β 4 και u Α u Β u. Τα δύο σωµατίδια εισέρχονται στο οµογενές µαγνητικό πεδίο, µε ταχύτητες κ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ/Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ:

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΟΕΦΕ 2013 ΤΑΞΗ: Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

Κεφάλαιο 23 Ηλεκτρικό Δυναµικό. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Γκύζη 14-Αθήνα Τηλ :

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑΔΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2019 B ΦΑΣΗ

Γαλβανομέτρο στρεπτού πλαισίου

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ. Να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό καθεµιάς από τις παρακάτω ερωτήσεις 1-4 και δίπλα το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Απώλεια Ενέργειας λόγω Ιονισμού

Εισαγωγή γή στη Φυσική των Επιταχυντών II Γ. Παπαφιλίππου Τμήμα Επιταχυντών -CERN

Φυσική Στοιχειωδών Σωµατιδίων ΙΙ. Μάθηµα 1ο 15/2/2011

Κεφάλαιο 2 ο Ενότητα 1 η : Μηχανικά Κύματα Θεωρία Γ Λυκείου

ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΗ ΥΛΗ: 3 ο -4 ο κεφάλαιο ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 23/03/2014

ÊÏÑÕÖÇ ÊÁÂÁËÁ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Β Τάξης ΓΕΛ 4 ο ΓΕΛ ΚΟΖΑΝΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΣΤΕΦΑΝΟΥ Μ. ΦΥΣΙΚΟΣ

Επαναληπτικό ιαγώνισµα Β Τάξης Λυκείου Κυριακή 7 Μάη 2017 Οριζόντια Βολή-Κυκλική Κίνηση-Ορµή Ηλεκτρικό& Βαρυτικό Πεδίο

Φυσική για Μηχανικούς

Πληροφορίες για την δέσμη Τ9 και τις πειραματικές εγκαταστάσεις

Η κατακόρυφη τομή...

ΟΜΟΣΠΟΝ ΙΑ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑ ΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2014

Κεφάλαιο 27 Μαγνητισµός. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: ΘΕΡΙΝΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 10/11/2013

Φυσική Β Λυκείου Γενικής

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Ο.Ε.Φ.Ε ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

[50m/s, 2m/s, 1%, -10kgm/s, 1000N]

Όλοι οι επιταχυντές αξιοποιούν ηλεκτρικά πεδία για την επιτάχυνση φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρονίων, πρωτονίων ή βαρύτερων ιόντων) σε υψηλές

Μέρος 1 ο : Εισαγωγή στο φως

: Γ ΛΥΚΕΙΟΥ. : Φυσική γενικής παιδείας. Εξεταστέα Ύλη : : ΝΙΚΟΛΟΠΟΥΛΟΣ ΧΡΗΣΤΟΣ. Ημερομηνία : ΘΕΜΑ 1 Ο

Θεωρητική Εξέταση. 23 ος Πανελλήνιος Διαγωνισμός Αστρονομίας και Διαστημικής η φάση: «ΠΤΟΛΕΜΑΙΟΣ»

Transcript:

Q3-1 Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (10 μονάδες) Σας παρακαλούμε να διαβάσετε προσεκτικά τις Γενικές Οδηγίες που υπάρχουν στον ξεχωριστό φάκελο πριν ξεκινήσετε την επίλυση του προβλήματος. Σε αυτό το πρόβλημα θα ασχοληθείτε με τη Φυσική που κρύβεται πίσω από τη λειτουργία του επιταχυντή σωματιδίων LHC (Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων) που βρίσκεται στο CERN. Το CERN είναι το μεγαλύτερο ερευνητικό κέντρο σωματιδίων στον κόσμο. Στόχος του είναι η κατανόηση των θεμελιωδών φυσικών νόμων. Δύο δέσμες σωματιδίων επιταχύνονται ώστε να αποκτήσουν μεγάλη ενέργεια. Στη συνέχεια, λόγω ισχυρού μαγνητικού πεδίου, κατευθύνονται σε κυκλική τροχιά γύρω από ένα κυκλικό επιταχυντή που έχει σχήμα δακτυλίου και τέλος οι δύο δέσμες συγκρούονται μεταξύ τους. Τα πρωτόνια κατά την κίνησή τους δεν κατανέμονται ομοιόμορφα γύρω από την περιφέρεια του επιταχυντή, αλλά συγκεντρώνονται στα αποκαλούμενα πακέτα. Τα σωματίδια που δημιουργούνται λόγω των συγκρούσεων παρατηρούνται με μεγάλους ανιχνευτές. Κάποια στοιχεία που αφορούν τον LHC δίνονται στον πίνακα 1 που ακολουθεί. Δακτύλιος LHC Περιφέρεια δακτυλίου 26659 m Αριθμός πακέτων πρωτονίων ανά δέσμη 2808 Αριθμός πρωτονίων ανά πακέτο 1.15 10 11 Δέσμες πρωτονίων (Proton beams) Ενέργεια πρωτονίων 7.00 TeV Ενέργεια του κέντρου μάζας 14.0 TeV Πίνακας 1: Στοιχεία που αφορούν τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων Οι επιστήμονες που ασχολούνται με τη Σωματιδιακή Φυσική χρησιμοποιούν εναλλακτικές μονάδες μέτρησης για την ενέργεια, την ορμή και τη μάζα. Η μονάδα μέτρησης της ενέργειας είναι τα ηλεκτρονιοβόλτ [ev]. Εξ ορισμού, 1 ev είναι η ενέργεια που αποκτά ένα σωματίδιο με φορτίο ίσο με το φορτίο του ηλεκτρονίου, e, το οποίο κινείται ανάμεσα σε δύο σημεία που έχουν διαφορά δυναμικού ένα Volt (1 ev = 1.602 10 19 kg m 2 s 2 ). Η μονάδα μέτρησης της ορμής είναι ev/c και της μάζας ev/c 2, όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό. Το 1 ev είναι μια πολύ μικρή ποσότητα ενέργειας. Για τον λόγο αυτό οι επιστήμονες Σωματιδιακής Φυσικής χρησιμοποιούν πολύ συχνά τα MeV (1 MeV = 10 6 ev), GeV (1 GeV = 10 9 ev) ή TeV (1 TeV = 10 12 ev). Στο Μέρος Α θα ασχοληθείτε με την επιτάχυνση των πρωτονίων ή των ηλεκτρονίων. Στο Μέρος Β θα σας απασχολήσει η ταυτοποίηση των σωματιδίων που δημιουργούνται λόγω των συγκρούσεων στο CERN. Μέρος Α. Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) (6 μονάδες)

Q3-2 Επιτάχυνση: Να υποθέσετε ότι τα πρωτόνια έχουν επιταχυνθεί με τόση διαφορά δυναμικού V, ώστε η ταχύτητα που έχουν αποκτήσει να είναι πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Αγνοήστε την απώλεια ενέργειας που υπάρχει λόγω της ακτινοβολίας ή λόγω των συγκρούσεων τους με άλλα σωματίδια. A.1 Να βρείτε την ακριβή σχέση που εκφράζει την τελική ταχύτητα v των πρωτονίων σε συνάρτηση με τη διαφορά δυναμικού V που τα επιταχύνει, καθώς και με άλλες φυσικές σταθερές. 0.7pt Σε ένα μελλοντικό πείραμα στο CERN, προβλέπεται να χρησιμοποιηθούν πρωτόνια από τον επιταχυντή LHC τα οποία θα συγκρουστούν με ηλεκτρόνια ενέργειας 60.0 GeV. A.2 Για σωματίδια με μεγάλη ενέργεια και μικρή μάζα, ο συντελεστής σχετικιστικής απόκλισης Δ = (c v)/c της τελικής ταχύτητας v από την ταχύτητα του φωτός είναι πολύ μικρός. Να εξάγετε μια πρώτης τάξης προσεγγιστική σχέση για το Δ και να τη χρησιμοποιήσετε για να υπολογίσετε την τιμή του Δ για ηλεκτρόνια ενέργειας 60.0 GeV. Να χρησιμοποιήσετε τη διαφορά δυναμικού V και φυσικές σταθερές. 0.8pt Ας επανέλθουμε στα πρωτόνια που υπάρχουν στον LHC. Να υποθέσετε ότι o σωλήνας στον οποίο βρίσκεται η δέσμη πρωτονίων έχει κυκλικό σχήμα. A.3 Να εξάγετε μια σχέση για την ένταση του ομογενούς μαγνητικού πεδίου B που απαιτείται για να παραμείνει η δέσμη πρωτονίων σε κυκλική τροχιά. Η σχέση που θα εξάγετε θα πρέπει να περιλαμβάνει μόνο: την ενέργεια E των πρωτονίων, την περιφέρεια L, θεμελειώδεις σταθερές και αριθμούς. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κατάλληλες προσεγγίσεις αν δεν επηρεάζεται η ακρίβεια που καθορίζεται από τον ελάχιστο αριθμό σημαντικών ψηφίων. Τέλος, να υπολογίσετε την ένταση του μαγνητικού πεδίου B για ένα πρωτόνιο ενέργειας E = 7.00 TeV, θεωρώντας αμελητέες τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πρωτονίων. 1.0pt Ισχύς εκπεμπόμενης ακτινοβολίας Ένα επιταχυνόμενο φορτισμένο σωματίδιο εκπέμπει ενέργεια υπό μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Για ένα φορτισμένο σωματίδιο που κινείται σε κυκλική τροχιά με σταθερή γωνιακή ταχύτητα η ισχύς της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας P rad του εξαρτάται μόνο από την επιτάχυνση του a, το φορτίο του q, την ταχύτητα του φωτός c και τη μαγνητική διαπερατότητα του κενού ε 0. A.4 Nα εξάγετε τη σχέση για την ισχύ της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας P rad χρησιμοποιώντας διαστατική ανάλυση. 1.0pt Η πραγματική σχέση για την ισχύ της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας περιέχει τον όρο 1/(6π). Παρόλα αυτά μια ολοκληρωμένη σχετικιστική εξαγωγή της σχέσης περιέχει ακόμα ένα πολλαπλασιαστικό όρο γ 4, όπου γ = (1 v 2 /c 2 ) 1 2.

Q3-3 A.5 Να υπολογίσετε τη συνολική ισχύ P tot της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τον επιταχυντή LHC από ένα πρωτόνιο ενέργειας E = 7.00 TeV (Πίνακας 1). Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κατάλληλες προσεγγίσεις. 1.0pt Γραμμική Επιτάχυνση: Στο CERN, πρωτόνια που βρίσκονται σε ηρεμία επιταχύνονται από ένα γραμμικό επιταχυντή μήκους d = 30.0 m, με διαφορά δυναμικού V = 500 MV. Ένας γραμμικός επιταχυντής αποτελείται από δύο επίπεδα, όπως απεικονίζεται στην εικόνα 1. Να υποθέσετε ότι το ηλεκτρικό πεδίο είναι ομογενές. A.6 Να υπολογίσετε τον χρόνο T που χρειάζονται τα πρωτόνια για να διασχίσουν το εν λόγω ηλεκτρικό πεδίο. 1.5pt d + - V Σχήμα 1: Σχηματική αναπαράσταση ενός τμήματος του επιταχυντή.

Q3-4 Μέρος Β. Ταυτοποίηση Σωματιδίων (4 μονάδες) Χρόνος Πτήσης: Για να ερμηνευτεί η διαδικασία αλληλεπίδρασης, είναι σημαντικό να ταυτοποιηθούν τα σωματίδια υψηλής ενέργειας που δημιουργούνται κατά τη σύγκρουση. Μια απλή μέθοδος που μπορεί να εφαρμοστεί είναι να μετρηθεί ο χρόνος (t) που χρειάζεται ένα σωματίδιο γνωστής ορμής για να διανύσει απόσταση l στον ανιχνευτή χρόνου πτήσης Time-of-Flight (ToF). Στον πίνακα 2 αναγράφονται τα ονόματα σωματιδίων που έχουν ταυτοποιηθεί στον ανιχνευτή καθώς και η μάζα του καθενός. Σωματίδιο Μάζα [MeV/c 2 ] Δευτέριο (Deuteron) 1876 Πρωτόνιο (Proton) 938 Φορτισμένο σωματίδιο Κ ή Καόνιο (Kaon) 494 Φορτισμένο σωματίδιο Π ή Πιόνιο (Pion) 140 Ηλεκτρόνιο (Electron) 0.511 Πίνακας 2: Σωματίδια και οι μάζες τους. y Μάζα m Ορμή p x Χρόνος t 1 Μήκος l Χρόνος t 2 Σχήμα 2: Σχηματική αναπαράσταση ενός ανιχνευτή χρόνου πτήσης ToF.

Q3-5 B.1 Να εκφράσετε τη μάζα m του σωματιδίου ως συνάρτηση της ορμής p, του μήκους πτήσης l και του χρόνου πτήσης t. Να υποθέσετε ότι τα σωματίδια έχουν το στοιχειώδες φορτίο e, κινούνται με ταχύτητα που πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός cσε ευθύγραμμες τροχιές μέσα στον ανιχνευτή ToF, καθώς και ότι κινούνται κάθετα στα δύο επίπεδα ανίχνευσης. (Σχήμα 2). 0.8pt B.2 Να υπολογίσετε το ελάχιστο μήκος l ενός ανιχνευτή χρόνου πτήσης (ToF), ο οποίος επιτρέπει τη διάκριση ενός φορτισμένου καονίου (kaon) από ένα φορτισμένο πιόνιο (pion). Η ορμή του κάθενός έχει μετρηθεί και είναι 1.00 GeV/c. Για ικανοποιητικό διαχωρισμό των σωματιδίων πρέπει η διαφορά των χρόνων πτήσης τους να ξεπερνά το τριπλάσιο της διαχωριστικής ικανότητας χρόνου του ανιχνευτή. Τυπική τιμή της διαχωριστικής ικανότητας του ανιχνευτή ToF είναι 150 ps (1 ps=10 12 s). 0.7pt Στα ακόλουθα, σωματίδια που παράγονται σε ένα τυπικό ανιχνευτή LHC ταυτοποιούνται σε ένα ανιχνευτή δύο σταδίων ο οποίος περιέχει έναν ανιχνευτή ίχνους (τροχιάς) και έναν ανιχνευτή ToF. Το Σχήμα 3 απεικονίζει τις τομές της πειραματικής διάταξης σε επίπεδο κάθετο και παράλληλο προς τη δέσμη πρωτονίων. Οι δύο ανιχνευτές είναι σωλήνες που περιβάλλουν την περιοχή αλληλεπίδρασης με τη δέσμη να διέρχεται από το μέσο των σωλήνων. Ο ανιχνευτής ίχνους καταγράφει την τροχιά ενός φορτισμένου σωματιδίου που περνά μέσα από ένα μαγνητικό πεδίο το οποίο έχει κατεύθυνση παράλληλη προς την κίνηση της δέσμης σωματιδίων. Η ακτίνα r της τροχιάς επιτρέπει τον υπολογισμό της εγκάρσιας συνιστώσας της ορμής p T ενός σωματιδίου. Αφού ο χρόνος σύγκρουσης είναι γνωστός, ο ανιχνευτής ToF χρειάζεται μόνο ένα σωλήνα για να μετρήσει τον χρόνο πτήσης. Ο χρόνος πτήσης αντιστοιχεί στο χρονικό διάστημα που χρειάζεται το φορτισμένο σωματίδιο για να κινηθεί από το σημείο της σύγκρουσης μέχρι τον σωλήνα του ανιχνευτή ToF, ο οποίος είναι τοποθετημένος ακριβώς μετά τον θάλαμο αποτύπωσης ίχνους. Για το πρόβλημα που ακολουθεί να υποθέσετε ότι τα σωματίδια που παράγονται από τη σύγκρουση, κινούνται κάθετα στις δέσμες πρωτονίων. Αυτό σημαίνει ότι τα σωματίδια που παράγονται δεν έχουν συνιστώσα ορμής παράλληλη με τη δέσμη πρωτονίων.

Q3-6 y x (2) y z (2) (1) (4) (4) (3) R (1) (5) (3) (5) (4) Εγκάρσιο επίπεδο (1) Τομή της διαμήκους όψης κατά μήκος της τροχιάς της δέσμης (1) - Σωλήνας ToF (2) - Ίχνος (Τροχιά) (3) - Σημείο κρούσης (4) - Σωλήνας αποτύπωσης ίχνους (5) Δέσμες πρωτονίων Μαγνητικό πεδίο Σχήμα 3 : Πειραματική διάταξη για ταυτοποίηση σωματιδίων με ένα θάλαμο αποτύπωσης ίχνους και ένα ανιχνευτή ToF. Οι δύο ανιχνευτές είναι σωλήνες που περιβάλλουν το σημείο κρούσης που βρίσκεται στο κέντρο. Αριστερά: Εγκάρσια όψη, κάθετη στην τροχιά της δέσμης. Δεξιά: Διαμήκης όψη παράλληλη στην τροχιά της δέσμης. Το σωματίδιο κινείται παράλληλα προς τη τροχιά της δέσμης. B.3 Να εκφράσετε τη μάζα του σωματιδίου ως συνάρτηση των πιο κάτω: της έντασης του μαγνητικού πεδίου B, της ακτίνας R του σωλήνα του ανιχνευτή ToF, θεμελιωδών σταθερών και μετρούμενων ποσοτήτων όπως η ακτίνα r της τροχιάς και του χρόνου πτήσης t. 1.7pt Έχουμε ανιχνεύσει τέσσερα σωματίδια και θέλουμε να τα ταυτοποιήσουμε. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου στον ανιχνευτή ίχνους ήταν B = 0.500 T. Η ακτίνα R του σωλήνα ToF ήταν 3.70 m. Πιο κάτω φαίνονται οι μετρήσεις (1 ns = 10 9 s):

Q3-7 Σωματίδιο Ακτίνα της τροχιάς r [m] Χρόνος πτήσης t [ns] Α 5.10 20 Β 2.94 14 Γ 6.06 18 Δ 2.31 25 B.4 Να ταυτοποιήσετε τα τέσσερα σωματίδια υπολογίζοντας τη μάζα του κάθε ενός. 0.8pt