7.2.Элементы физики атомного ядра и эементарных частиц

7.97. 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 264,1т_е, 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 974т_е, определите массу образовавшихся заряженных π-мезонов, если известно, что масса каждого образовавшегося пиона в 1,783 раза больше массы покоившегося пиона. [273,l m_e]

7.107. K⁺-мезон распадается (в состоянии покоя) на два пиона. Принимая массу каона равной 966,2m_е 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) (ν_e, ṽ_e, ν_μ, ṽ_μ) 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⁺+ν_e;

2) K^–→μ^–+ṽ_μ;

3) π⁺→μ⁺+e^–+e⁺;

4) K⁺→e⁺+π⁰+ν_e.

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^–+ ν_μ;

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.