n proton = 10N A 18cm 3 (2) cm 2 3 m (3) (β) Η χρονική απόσταση δύο τέτοιων γεγονότων θα είναι 3m msec (4)

Σχετικά έγγραφα
Ασκήσεις στην Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων

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

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΙΣΤΙΚΗΣ ΥΝΑΜΙΚΗΣ Έλλειµµα µάζας και ενέργεια σύνδεσης του πυρήνα του ατόµου A

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ. Ομοτιμία Κβαντικοί Αριθμοί Συμμετρίες και Νόμοι Διατήρησης

β - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. 5 ο Εξάμηνο Δεκέμβριος 2009

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 11/05/15

Σύγχρονη Φυσική 1, Διάλεξη 10, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων. Ορμή και Ενέργεια στην Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας

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

Μάθημα 5 α) β-διάσπαση β) Ασκήσεις

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Διάλεξη 4: Ραδιενέργεια

γ - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΙΙ. ΜΑΘΗΜΑ 4ο

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

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

Λ p + π + + Όλα τα κουάρκ και όλα τα λεπτόνια έχουν ασθενείς αλληλεπιδράσεις Τα νετρίνα έχουν ΜΟΝΟ ασθενείς αλληλεπιδράσεις

Αντιδράσεις των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα,

ΕΝΕΡΓΟΣ ΔΙΑΤΟΜΗ ΤΟΥ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ W

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

β - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ. Στις παρακάτω ερωτήσεις 1-4, να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα, το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΧΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΦΕΥ η ΕΡΓΑΣΙΑ

ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ. Στις παρακάτω ερωτήσεις 1-4, να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθµό της ερώτησης και δίπλα, το γράµµα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

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

Πυρηνική Επιλογής. Τα νετρόνια κατανέμονται ως εξής;

Θέµατα Φυσικής Γενικής Παιδείας Γ Λυκείου 2000

Διάλεξη 7: Αλληλεπιδράσεις νετρονίων & πυρηνική σχάση

β διάσπαση II Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Στοιχειώδη Σωματίδια. Διάλεξη 10η Πετρίδου Χαρά. Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

ΚΕΝΤΡΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΧΗΜΕΙΑΣ Ε ΟΥΑΡ ΟΥ ΛΑΓΑΝΑ Ph.D. Λεωφ. Κηφισίας 56, Αµπελόκηποι, Αθήνα Τηλ.: ,

Ενεργός διατοµή Χρυσός Κανόνας του Fermi

Σύγχρονη Φυσική : Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων 10/05/16

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

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

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

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

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

Κεφάλαιο 6 : Σχετικιστική ενέργεια και ορμή.

Διάλεξη 16: Παράδοξα σωματίδια και οκταπλός δρόμος

ΕΙΔΙΚΗ ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ. Νίκος Κανδεράκης

ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΤΑΡΤΗ 20 ΜΑΪΟΥ 2015 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΔΕΙΓΜΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΤΩΝ ΧΙΛΙΑΔΩΝ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΓΝΩΣΤΙΚΟΥ ΦΥΣΙΚΩΝ (ΒΑΣΙΚΟ+ΣΥΝΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ) ΠΟΥ ΔΙΑΘΕΤΟΥΜΕ ΚΑΙ ΠΟΥ ΑΝΟΙΓΟΥΝ ΤΟ ΔΡΟΜΟ ΓΙΑ ΤΟΝ

55/377. 2E A 2E 1 (2π) 3 d 3 p n. p f

1 p p a y. , όπου H 1,2. u l, όπου l r p και u τυχαίο μοναδιαίο διάνυσμα. Δείξτε ότι μπορούν να γραφούν σε διανυσματική μορφή ως εξής.

Ανιχνευτές σωματιδίων

Σύγχρονη Φυσική 1, Διάλεξη 11, Τμήμα Φυσικής, Παν/μιο Ιωαννίνων. Επιλεγμένες εφαρμογές της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας

Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων ΙΙ (8ου εξαμήνου)

Εισαγωγή στην Πυρηνική Φυσική και τα Στοιχειώδη Σωµάτια

Σοιχεία Πυρηνικής Φυσικής και Στοιχειωδών Σωματιδίων 5ο εξάμηνο Τμήμα T3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου. Μάθημα 6

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Σεπτέμβριος 2004

β - διάσπαση Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 24 ΜΑΪΟΥ 2002 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

Ηλιακά νετρίνα. Εικόνα 1 Πυρηνικές αντιδράσεις στο κέντρο του ηλίου. * σ ve : 9.3*10-45 cm 2 (E/Mev) 2


Μάθημα 5 - Πυρηνική 1) Ειδη διασπάσεων και Νόμος ραδιενεργών διασπάσεων 2) αλφα, 3) βητα, 4) γαμμα

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

ΑΡΧΗ 2ΗΣ ΣΕΛΙ ΑΣ Γ ΤΑΞΗ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ-ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ

Ασκήσεις #1 επιστροφή 11/11/2011

Μάθημα 15 β-διάσπαση B' μέρος (διατήρηση σπίν, επιτρεπτές και απαγορευμένες

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ 2012 ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

E 2 de e E/k BT. h 3 c 3. u γ = ρ γ c 2 = a SB T 4 (3) = 2.7k B T (5)

Ασκήσεις #1 επιστροφή 11/11/2011

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

γ-διάσπαση Διάλεξη 17η Πετρίδου Χαρά Τμήμα G3: Κ. Κορδάς & Χ. Πετρίδου

Μάθημα 5 α) Μέγεθος του πυρήνα β) Μάζα πυρήνα, ενέργεια σύνδεσης, έλλειμα μάζας γ) Ασκήσεις σετ #2 - εκφωνήσεις

Καθ. Κ. Φουντάς, Εργ. Φυσικής Υψηλών Ενεργειών, Παν. Ιωαννίνων

Ομοτιμία Parity Parity

ΚΕΝΤΡΟ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΔΟΥΑΡΔΟΥ ΛΑΓΑΝΑ Ph.D. Λεωφ. Κηφισίας 56, Αμπελόκηποι, Αθήνα Τηλ.: ,

Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων. Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΤΑΞΗΣ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ 2003

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Δ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 23 ΜΑΪΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

β διάσπαση II Δήμος Σαμψωνίδης ( ) Στοιχεία Πυρηνικής Φυσικής & Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων 5 ο Εξάμηνο

Αντιδράσεις των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα, Καταιονισμοί.

ETY-202. Εκπομπή και απορρόφηση ακτινοβολίας ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 12. ΎΛΗ & ΦΩΣ. Στέλιος Τζωρτζάκης 21/12/2012

ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΗΣ ΣΥΜΒΟΛΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΠΕΡΙΘΛΑΣΗΣ ΜΕ ΤΗΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

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

ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2012

( ) Φ.27 είξετε ότι, για ένα σωµατίδιο µε µάζα ηρεµίας m 0, το οποίο κινείται µε ταχύτητα υκαι έχει ορµή pκαι κινητική ενέργεια Κ, ισχύει η σχέση ΛΥΣΗ

ΠΥΡΗΝΙΚΗ 5ου εξαμήνου. 10 διευκρινήσεις και σημαντικά σημεία (όχι σ' όλη την ύλη) Κ. Κορδάς, ακ. έτος

Διάλεξη 22: Παραβίαση της κατοπτρικής συμμετρίας στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΕΞΕΤΑΣΗ ΣΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙI Ιούνιος 2004

ΑΠΟΔΙΕΓΕΡΣΗ (ΔΙΑΣΠΑΣΗ)

Πυρηνική Φυσική και Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων (5ου εξαμήνου, χειμερινό ) Τμήμα T2: Κ. Κορδάς & Δ. Σαμψωνίδης

Σωματιδιακή Φυσική: Από το Ηλεκτρόνιο μέχρι το Higgs και το Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή (LHC) στο CERN

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ & ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ Γ ΗΜΕΡΗΣΙΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Εξετάσεις στη Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας 7 Οκτωβρίου 2014 (περίοδος Σεπτεμβρίου )

ΑΠΟΛΥΤΗΡΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 12 ΙΟΥΝΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ

ΕΠΑ.Λ. Β ΟΜΑ ΑΣ ΦΥΣΙΚΗ I ΕΚΦΩΝΗΣΕΙΣ

i. 3 ii. 4 iii. 16 Ε 1 = -13,6 ev. 1MeV= 1, J.

Ηλεκτρικό φορτίο Ηλεκτρικό Πεδίο

Το ατομικό πρότυπο του Βohr μπορεί να περιγράψει το γραμμικό φάσμα των στοιχείων α. Α και Β β. Β και Γ γ. μόνο του Α δ. μόνο του Β.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΚΑΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΡΑ ΙΟΧΗΜΕΙΑΣ

Μάθημα 4 Mέγεθος πυρήνα

Α.3. Δίνονται οι πυρήνες Α, Β, Γ με τις αντίστοιχες ενέργειες σύνδεσης ανά νουκλεόνιο.

ΘΕΜΑ 1 ο Στις ερωτήσεις 1-4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα, που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση.

Transcript:

ΛΥΣΕΙΣ ΣΕΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ 8 Διδάσκων: Θεόδωρος Ν. Τομαράς 1. Η θεωρία των μαγνητικών μονοπόλων προβλέπει οτι αυτά αντιδρούν με πρωτόνια και δίνουν M + p M + e + + π 0 (1) με ενεργό διατομή σ 0.01 barn. Το παραγόμενο πιόνιο διασπάται σε δύο φωτόνια, ενώ το ποζιτρόνιο αντιδρά με κάποιο ηλεκτρόνιο της ύλης και δίνει επίσης δύο φωτόνια σχεδόν ταυτόχρονα με τα άλλα. Οπότε, από κάθε αντίδραση του μονοπόλου προκύπτουν τέσσερα φωτόνια. Επίσης, τα μονόπολα έχουν πολύ μεγάλη μάζα (m 10 16 GeV /c 2 ), με συνέπεια να επηρρεάζονται ελάχιστα από τις κρούσεις με τους πυρήνες και να κινούνται σε ευθεία γραμμή. Ενα τέτοιο μονόπολο πέφτει με ταχύτητα v 10 5 c στην επιφάνεια μιας λίμνης. Θα δούμε φωτόνια να εκπέμπονται ανά διαστήματα. (α) Εκτιμείστε την μέση απόσταση ανάμεσα σε δύο τέτοια γεγονότα. (β) Κάθε πόση ώρα θα συμβαίνει ένα τέτοιο γεγονός; Λύση: (α) Η μέση απόσταση ανάμεσα σε δύο αντιδράσεις είναι η μέση ελεύθερη διαδρομή του μονοπόλου l = 1/n proton σ στο νερό. Η πυκνότητα πρωτονίων στο νερό υπολογίζεται από το γεγονός οτι 18 γραμμάρια νερού, που είναι 18cm 3, περιέχουν N A μόρια, και επομένως 10N A πρωτόνια. Αρα, n proton = 10N A 18cm 3 (2) l = 1 nσ 18 cm 3 10 6 10 23 10 2 10 24 cm 2 3 m (3) (β) Η χρονική απόσταση δύο τέτοιων γεγονότων θα είναι t = l/v 3m 10 5 3 10 8 10msec (4) m/sec 2. Θεωρητικός φυσικός ισχυρίζεται οτι τα πρωτόνια δεν είναι ευσταθή, αλλά διασπώνται με μέσο χρόνο ζωής τ = 1/λ = 10 33 έτη. (α) Πόσα πρωτόνια πρέπει να παρακολουθούμε ώστε βάσιμα να ελπίζουμε να δούμε περί τα 10 να διασπαστούν σε ένα χρόνο; (β) Σε πόσο όγκο νερού υπάρχουν τόσα πρωτόνια; Λύση: (α) Μετά από χρόνο t έχουν μείνει πρωτόνια. Για t = 1 year έχουμε N(t) = N 0 e t/τ (5) e t/τ = e 10 33 1 10 33 (6) Σε ένα χρόνο θέλουμε να έχουν διασπαστεί περί τα 10 πρωτόνια. Δηλαδή N = N 0 N(t = 1 year) = N 0 10 33 = 10 (7) Αυτό δίνει N 0 10 34 (8) 1

πρωτόνια, που πρέπει να παρακολουθούμε. (β) Τα 18 cm 3 περιέχουν N A μόρια νερού, δηλαδή 10N A πρωτόνια. Επομένως, τα 10 34 πρωτόνια θα υπάρχουν σε νερό όγκου V = 18 cm3 10 34 10 6 10 23 = 3 104 m 3 (9) 3. Περιγράψτε ένα πείραμα, ανάλογο αυτού της W u που έγινε μετά από υπόδειξη των T.D. Lee και C.N. Y ang, αλλά βασισμένο στην αντίδραση n pe ν, που να δείχνει οτι η ασθενής αλληλεπίδραση, που είναι υπεύθυνη για την αντίδραση αυτή παραβιάζει την parity (ομοτιμία). Λύση: Κάνω το ίδιο ακριβώς πείραμα με εκείνο, μόνο που αντί να χρησιμοποιώ πολωμένο κοβάλτιο, χρησιμοποιώ πολωμένα νετρόνια και παρατηρώ πώς κατανέμονται τα ηλεκτρόνια που παράγονται σε σχέση με την κατεύθυνση της πόλωσης των νετρονίων. Αν εκπέμπονται ομοιόμορφα σε όλες τις κατευθύνσεις, τότε ΔΕΝ έχω παραβίαση της ομοτιμίας. Αντίθετα, αν εκπέμπονται κατά προτίμηση στην κατεύθυνση της πόλωσης του νετρονίου, ή αντίθετα προς αυτήν, τότε έχω παραβίαση της ομοτιμίας. Η εξήγηση είναι ΑΚΡΙΒΩΣ η ίδια με αυτή που περιέγραψα στο μάθημα. 4. Φορτισμένο πιόνιο π + διασπάται εν πτήσει σε μιόνιο και νετρίνο π + µ + + ν µ. Το μιόνιο εκπέμπεται σε γωνία 30 0 σχετικά με την αρχική κατεύθυνση του πιονίου. Να υπολογιστεί η ορμή (μέτρο, διεύθυνση και φορά) και η ενέργεια του νετρίνου. Δίδονται: ενέργεια πιονίου E = 1 GeV, μάζα πιονίου m π 140 MeV, μάζα μιονίου m µ 110 MeV, μάζα νετρίνου m ν 0. Λύση: Απλή εφαρμογή των νόμων διατήρησης ενέργειας και ορμής με τους σχετικιστικούς τύπους. Εχουμε λύσει αντίστοιχες ασκήσεις σε προηγούμενες σειρές ασκήσεων. 5. Οι ασταθείς πυρήνες A (λ A ) και B (λ B ) συμμετέχουν στις εξής δύο αντιδράσεις A B + C, B D + F (10) (α) Γράψτε τις διαφορικές εξισώσεις για τους αριθμούς N A (t) και N B (t) των πυρήνων A και B σε κάθε χρονική στιγμή. (β) Υποθέστε οτι αρχικά είχαμε N 0 πυρήνες A και τίποτε άλλο. Λύστε την εξίσωση για το N A (t). (γ) Αντικαταστείστε αυτό που βρήκατε στην άλλη εξίσωση, που έτσι θα έχει μόνη άγνωστη συνάρτηση την N B (t). Λύστε την και βρείτε το N B (t). ( ) (Λύση: N B (t) = (N 0 λ A )/(λ B λ A ) (e λat e λbt ). ) Υπόδειξη: Αν δεν έχετε σημειώσεις από το μάθημα, μπορείτε να βρείτε βοήθεια είτε σε εμένα είτε σε βιβλία πυρηνικής φυσικής όπως του Kaplan ή του Enge στη βιβλιοθήκη. Λύση: (α) Οι πυρήνες Α ικανοποιούν την και οι Β την dn B dn A = λ A N A (11) = λ B N B + λ A N A (12) 2

(β) Λύνοντας την πρώτη εξίσωση με τη δοσμένη αρχική συνθήκη βρίσκω, ως γνωστόν N A (t) = N 0 e λ At (13) (γ) Αντικαθιστώ στη δεύτερη εξίσωση και παίρνω για τον πληθυσμό των πυρήνων Β την γραμμική μή ομογενή εξίσωση dn B = λ B N B + λ A N 0 e λ At Εφαρμόζω τη γνωστή μέθοδο λύσης τέτοιων εξισώσεων και βρίσκω τη λύση N B (t) = N ( 0λ ) A e λat e λ Bt (15) λ B λ A για τους πυρήνες Β. 6. Να εξηγήσετε αναλυτικά γιατί το σωμάτιο Ω μπορεί να διασπαστεί μόνο με χρήση της ασθενούς δύναμης. Τί τάξης μεγέθους θα είναι επομένως ο μέσος χρόνος ζωής του? Λύση: Η λεπτομερής εξήγηση δόθηκε στο μάθημα. 7. Ποιές από τις παρακάτω αντιδράσεις στον LHC (συγκρούσεις πρωτονίων με πρωτόνια) είναι δυνατόν (Δ) να γίνουν και ποιές αδύνατον (Α) και γιατί; (Θεωρείστε οτι οι τρεις λεπτονικοί αριθμοί διατηρούνται και οι τρείς χωριστά) (i) p + p π + + π, (ii) p + p Λ 0 + ++, (iii) p + p π + + µ +, (iv) p + p n + n + e + + e +, (v) p + p + + + π + + π +, (vi) p + p ++ + ν e + ν e (16) Λύση: (i)a : Q, B, (ii) Δ, (iii)a : J, B, L µ, (iv)a : L e, (v) Δ, (vi)a : J, B. 8. Να γράψετε μία αντίδραση που μπορεί να γίνει στον LHC και μία που δεν μπορεί. Εξηγείστε λεπτομερώς. 9. Τα σωμάτια A, B, C, D, E, F, G συμμετέχουν στην παρακάτω αλυσίδα διασπάσεων με τα τελικά F, G να είναι ευσταθή. (14) A B + C, C D + E, E F + G (17) Να γράψετε τις διαφορικές εξισώσεις που ικανοποιούν οι πληθυσμοί των A, C, E, F. Λύση: Το διάστημα (t, t + ) ο πληθυσμός των πυρήνων Α αλλάζει λόγω διασπάσεων κατά dn A (t) = λ A N A (t). Αντίστοιχα ο πληθυσμός των C αλλάζει κατά dn (1) C (t) = +λ A N A (t) λόγω της μετατροπής των Α σε C και επίσης κατά dn (2) C (t) = λ CN C (t) λόγω της διάσπασής τους σε D +E. Ομοίως για τους E, F. Οπότε οι ζητούμενες εξισώσεις είναι: dn A dn C dn E dn F = λ A N A = +λ A N A λ C N C = +λ C N C λ E N E = +λ E N E (18) 3

10. Να μελετήσετε αν η αντίδραση γ + p n + e + + ν e (19) είναι επιτρεπτή ή απαγορευμένη. Αν ισχύει το δεύτερο να καταγράψετε όλους τους νόμους διατήρησης (και μόνο αυτούς) που την απαγορεύουν. Να θεωρήσετε ότι δεν υπάρχει περιορισμός στην αρχική ενέργεια. Λύση: Η αντίδραση είναι επιτρεπτή ασθενής. Είναι η βασική αντίδραση ραδιενέργειας β +. Η παρουσία του φωτονίου στο αριστερό μέλος μπορεί να εξασφαλίσει τη διατήρηση ενέργειας και ορμής. 11. Το αυτό για την αντίδραση ν e + e p + n + ν e. (20) Λύση: Η αντίδραση αυτή είναι απαγορευμένη. Παραβιάζει τους νόμους διατήρησης: J, B, L. 12. Να προσδιορίσετε ποιό σωμάτιο λείπει από την αντίδραση γ + e n + ν e +... (21) Λύση: Οπως προκύπτει από τους απόλυτους νόμους διατήρησης (E, P, J, Q, B, L), το σωμάτιο που λείπει από την αντίδραση πρέπει να έχει B=-1 και Q=-1. Το πιό γνωστό υποψήφιο είναι επομένως το αντιπρωτόνιο. Ωστόσο θα μπορούσε να είναι και το αντι- +. Ακόμα θα μπορούσε να είναι και σωμάτιο με μη μηδενική παραδοξότητα, αφου αυτή δεν είναι υποχρεωτικό να διατηρείται στις ασθενείς αλληλεπιδράσεις. 13. Υποθέσετε οτι δεν ισχύει ο νόμος διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου Q. Να εξηγήσετε γιατί τότε το ηλεκτρόνιο θα μπορούσε να διασπαστεί γράφοντας μιά δυνατή αντίδραση διασπασής του. Λύση: Η αντίδραση, π.χ. e ν e + γ (22) δεν παραβιάζει κανέναν άλλο νόμο διατήρησης, πλην αυτού του ηλεκτρικού φορτίου. Θα ήταν μια δυνατή αντίδραση διάσπασης του ηλεκτρονίου. 14. Κατά τη σύγκρουση ενός ηλεκτρονίου και ενός ποζιτρονίου στο σύστημα Κέντρου Μάζας τους με συνολική ενέργεια Ε, παράγεται και ένα φωτόνιο σύμφωνα με την αντίδραση e + e + e + e + + γ, (23) το οποίο εκπέμπεται κάθετα προς την κατεύθυνση κίνησης των αρχικών σωματίων. Τα δε τελικά e και e + έχουν ίσες κατά μέτρο ορμές, που σχηματίζουν γωνία 120 μοιρών με τη κατεύθυνση κίνησης του φωτονίου. Να υπολογίσετε την ορμή και την ενέργεια του φωτονίου. Να διερευνήσετε για ποιές τιμές της αρχικής ενέργειας Ε είναι δυνατή η παραπάνω κατανομή των ορμών των σωματιδίων της τελικής κατάστασης. Λύση: Ονομάζω p την ορμή του φωτονίου. Από το νόμο διατήρησης της ορμής προκύπτει ότι το ηλεκτρόνιο και το ποζιτρόνιο θα έχουν το καθένα επίσης ορμή p. Οπότε, 4

δεδομένου ότι η ενέργεια του φωτονίου είναι pc και του ηλεκτρονίου και ποζιτρονίου p 2 c 2 + m 2 c 4, όπου m η μάζα του ηλεκτρονίου, ο νόμος διατήρησης της ενέργειας δίνει Η εξίσωση αυτή γράφεται pc + 2 p 2 c 2 + m 2 c 4 = E. (24) 3p 2 c 2 + 2Ecp + 4m 2 c 4 E 2 = 0. (25) Η λύση της για την ενέργεια του φωτονίου είναι (η αρνητική λύση απορρίπτεται ως αφύσικη) pc = 1 ( E + ) 4(E 3 2 3m 2 c 4. (26) Η ολική ενέργεια E του συστήματος είναι μεγαλύτερη από 2m, και επομένως η υπόριζη ποσότητα είναι πάντα θετική. Συνεπώς, είναι πάντα δυνατή η δεδομένη κατανομή των ορμών των τελικών σωματιδίων. 5