Лептони и кварки. Адрони
Според Стандартния модел веществото е изградено от два вида фундаментални частици: лептони и кварки. Лептоните са 6: електрон, мюон, тау-лептон и техните три неутрино, и не участват в силното взаимодействие. Кварките също са 6 аромата (u, d, s, c, b, t) и имат дробен заряд. Свободни кварки не се наблюдават, те винаги са свързани в адрони: бариони от три кварка (протон, неутрон) и мезони от кварк и антикварк (пион).
Какво да запомним
- Лептони: e, μ, τ и техните неутрино; 3 поколения.
- Заряди: u-кварк +2/3 e, d-кварк −1/3 e.
- Протон = uud, неутрон = udd.
- Бариони: 3 кварка; мезони: кварк + антикварк.
- Кварковият модел е предложен през 1964 г. от Гел-Ман и Цвайг.
Пример
Зарядът на протона (uud) е 2/3 + 2/3 − 1/3 = 1 (в единици e), а на неутрона (udd) е 2/3 − 1/3 − 1/3 = 0.
Проверете се: 30 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
Коя от изброените частици е лептон?
- Електронът
- Протонът
- Неутронът
- Пионът
Отговор: Електронът
Лептоните не участват в силното взаимодействие; протонът, неутронът и пионът са адрони.
Колко вида (аромата) лептони познаваме?
- 3
- 12
- 2
- 6
Отговор: 6
Електрон, мюон, тау и трите вида неутрино.
Какво е мюонът?
- Частица от три кварка
- Античастица на протона
- Лептон, подобен на електрона, но около 207 пъти по-тежък
- Преносител на силното взаимодействие
Отговор: Тежък „брат“ на електрона
Мюонът има заряд −e и живее около 2,2 μs.
Кое е вярно за неутриното?
- Има заряд +e
- Съставено е от кварки
- Тежко е колкото протона
- Няма заряд, има изключително малка маса и участва само в слабото (и гравитационното) взаимодействие
Отговор: Неутрално, почти без маса, взаимодейства слабо
През тялото ни всяка секунда минават трилиони неутрина от Слънцето.
Кой физик предполага съществуването на неутриното през 1930 г., за да спаси закона за запазване на енергията при бета-разпада?
- Енрико Ферми
- Пол Дирак
- Волфганг Паули
- Нилс Бор
Отговор: Волфганг Паули
Паули предполага нова неутрална лека частица.
Какъв е електричният заряд на електрона?
- +e
- −e
- 0
- +2e
Отговор: −e
Електронът носи елементарен отрицателен заряд −e ≈ −1,6·10−19 C.
Колко поколения (семейства) лептони има?
- 2
- 4
- 3
- 6
Отговор: 3
Лептоните се групират в три поколения: електрон, мюон и тау, всеки със своето неутрино.
Кой лептон има най-голяма маса?
- Електронът
- Мюонът
- Електронното неутрино
- Тау-лептонът
Отговор: Тау-лептонът
Тау-лептонът е около 3500 пъти по-масивен от електрона и е най-тежкият лептон.
В кое фундаментално взаимодействие не участва нито един лептон?
- Слабото
- Силното
- Гравитационното
- Електромагнитното
Отговор: Силното
Лептоните не са изградени от кварки и не участват в силното взаимодействие.
Кои частици се образуват при бета-минус разпада на неутрона?
- Протон и гама-фотон
- Протон, позитрон и неутрино
- Протон, електрон и електронно антинеутрино
- Два протона и електрон
Отговор: Протон, електрон и електронно антинеутрино
n → p + e− + ν̄e: запазват се зарядът и лептонното число.
Колко вида (аромата) кварки има?
- 3
- 2
- 6
- 8
Отговор: 6
u, d, s, c, b, t (горен, долен, странен, чаровен, дънен, върхов).
Какъв е електричният заряд на u-кварка?
- +1/3 e
- −1/3 e
- +e
- +2/3 e
Отговор: +2/3 e
Кварките имат дробни заряди.
От какви кварки е съставен протонът?
- udd
- uuu
- uud
- ud̄
Отговор: uud
2/3 + 2/3 − 1/3 = +1.
Какъв е зарядът на частица, съставена от кварките uus?
- 0
- +2
- −1
- +1
Отговор: +1 (Σ+)
s-кваркът има заряд −1/3: 2/3 + 2/3 − 1/3 = +1.
Защо не се наблюдават свободни кварки?
- Кварките нямат маса
- Силата между кварките не намалява при раздалечаване (конфайнмънт)
- Кварките се разпадат мигновено на електрони
- Кварките са неутрални
Отговор: Конфайнмънт (затваряне)
При опит да се раздалечат, енергията поражда нови двойки кварк-антикварк.
Кои два аромата кварки изграждат протоните и неутроните?
- u и d
- s и c
- b и t
- u и s
Отговор: u и d
Протонът е uud, а неутронът е udd, т.е. те са изградени от u- и d-кварки.
Кой е най-тежкият кварк?
- b-кваркът
- s-кваркът
- c-кваркът
- t-кваркът
Отговор: t-кваркът
t-кваркът (top) има маса около 173 GeV/c2, почти колкото атом на злато.
Какво означава характеристиката „цвят“ при кварките?
- Заряд на силното взаимодействие
- Дължина на вълната на излъчената светлина
- Електричният им заряд
- Масата им
Отговор: Заряд на силното взаимодействие
„Цветът“ е условно име на заряда, чрез който кварките участват в силното взаимодействие; няма връзка с видимите цветове.
Какъв е електричният заряд на анти-u-кварка (ū)?
- +2/3 e
- −1/3 e
- −2/3 e
- +1/3 e
Отговор: −2/3 e
Античастицата има противоположен заряд: u е +2/3 e, значи ū е −2/3 e.
Кои частици пренасят силното взаимодействие между кварките?
- Фотони
- Глуони
- W и Z бозони
- Пиони
Отговор: Глуони
Преносители на силното (цветно) взаимодействие между кварките са глуоните.
Какво са адроните?
- Частици, съставени от кварки, които участват в силното взаимодействие
- Частици без маса
- Преносители на електромагнитното взаимодействие
- Видове неутрино
Отговор: Съставни частици от кварки
Делят се на бариони и мезони.
От колко кварка е съставен всеки барион?
- От кварк и антикварк
- От два кварка
- От пет кварка
- От три кварка
Отговор: Три кварка
Протонът и неутронът са бариони.
Кое от изброените е мезон?
- Пионът (π-мезон)
- Протонът
- Неутронът
- Електронът
Отговор: Пионът
π+ е съставен от u-кварк и анти-d кварк.
Кой от изброените бариони е стабилен в свободно състояние?
- Неутронът
- Протонът
- Σ+ хиперонът
- Λ хиперонът
Отговор: Протонът
Свободният неутрон се разпада на протон, електрон и антинеутрино.
Кой учен (заедно с Джордж Цвайг) предлага кварковия модел през 1964 г.?
- Ричард Файнман
- Енрико Ферми
- Мъри Гел-Ман
- Питър Хигс
Отговор: Мъри Гел-Ман
Гел-Ман получава Нобелова награда през 1969 г. за класификацията на частиците.
Кои от изброените частици са адрони?
- Електронът и мюонът
- Протонът и неутронът
- Фотонът и глуонът
- Неутриното и електронът
Отговор: Протонът и неутронът
Протонът и неутронът са изградени от кварки, затова са адрони (бариони).
От какво е съставен всеки мезон?
- Три кварка
- Два кварка
- Три антикварка
- Кварк и антикварк
Отговор: Кварк и антикварк
Мезоните са съставени от кварк и антикварк, например π+ = ud̄.
Около колко е средното време на живот на свободния неутрон?
- около 15 минути
- около 1 секунда
- около 1 година
- около 10−8 s
Отговор: около 15 минути
Свободният неутрон живее средно около 880 s (около 15 минути) и се разпада на протон, електрон и антинеутрино.
Кой закон за запазване забранява разпада p → e+ + γ?
- На електричния заряд
- На енергията
- На барионното число
- На масата
Отговор: На барионното число
Зарядът се запазва (+1 = +1), а енергията стига, но барионното число намалява от 1 на 0, затова разпадът е забранен.
Кой японски физик предсказва през 1935 г. мезоните като преносители на ядрените сили?
- Енрико Ферми
- Мъри Гел-Ман
- Пол Дирак
- Хидеки Юкава
Отговор: Хидеки Юкава
Хидеки Юкава предсказва частица с междинна маса (мезон), открита по-късно като пион; получава Нобелова награда през 1949 г.