11.A: Chembe Fizikia na Kosmolojia (Majibu)

Angalia Uelewa Wako

11.1. 1

11.2. 0

11.3. 0

11.4. 0

11.5. 1 eV

11.6. Radi ya wimbo hukatwa kwa nusu.

11.7. Chembe za kugongana zina molekuli zinazofanana lakini kinyume cha vector momenta.

11.8. bluu-kubadilishwa

11.9. kuhusu sawa

Maswali ya dhana

1. Nguvu kali ya nyuklia: mwingiliano kati ya quarks, mediated na gluons. Nguvu ya umeme: mwingiliano kati ya chembe za malipo, photons zilizopatanishwa Nguvu ya nyuklia dhaifu: mwingiliano kati ya fermions, unaohusishwa na bosons nzito. Nguvu ya mvuto: mwingiliano kati ya chembe ya nyenzo (kubwa), kupatanisha na gravitons ya nadharia.

3. elektroni, muon, tau; elektroni neutrino, muon neutrino, tau neutrino; chini quark, quark ajabu, quark chini; up quark, charm quark, quark ya juu

5. Hifadhi ya nishati, kasi, na malipo (ukoo kwa mechanics classical na relativistic). Pia, uhifadhi wa idadi ya baryon, nambari ya lepton, na nambari za ajabu ambazo hazibadilika kabla na baada ya mgongano au kuoza.

7. Ina maana kwamba nadharia inayohitaji sheria ya uhifadhi haieleweki. Kushindwa kwa nadharia ya muda mrefu mara nyingi husababisha ufahamu mkubwa wa asili.

9. Quarks 3, quarks 2 (jozi ya quark-antiquark)

11. Baryons na muundo huo wa quark hutofautiana katika nishati ya kupumzika kwa sababu nishati hii inategemea nishati ya ndani ya quarks\(\displaystyle (m=E/c^2)\). Hivyo, baryon ambayo ina quark yenye kasi kubwa ya angular inatarajiwa kuwa kubwa zaidi kuliko baryon sawa na kasi ya chini ya angular.

13. “Linac” ili kuharakisha chembe katika mstari wa moja kwa moja, synchrotron ili kuharakisha na kuhifadhi chembe zinazohamia kwenye pete ya mviringo, na detector kupima bidhaa za migongano

15. Katika jaribio la boriti linalogongana, nishati ya chembe za kugongana huenda kwenye nishati ya molekuli iliyobaki ya chembe mpya. Katika jaribio la kurekebisha-lengo, baadhi ya nishati hii inapotea kwa kasi ya chembe mpya tangu katikati ya-wingi wa chembe za kugongana hazijawekwa.

17. Mfano wa Standard ni mfano wa mwingiliano wa msingi wa chembe. Mfano huu una nadharia ya electroweak na chromodynamics quantum (QCD). Inaelezea mwingiliano wa leptoni na quarks ingawa kubadilishana fotoni (electromagnetism) na bosoni (nadharia dhaifu), na mwingiliano wa quark kupitia kubadilishana gluoni (QCD). Mfano huu hauelezei mwingiliano wa mvuto.

19. Kueleza mwingiliano wa chembe unaohusisha nguvu za nyuklia, sumakuumeme, na dhaifu za nyuklia kwa njia ya umoja.

21. Hapana, hata hivyo itaelezea kwa nini W na Z bosons ni kubwa (tangu Higgs “hutoa” molekuli kwa chembe hizi), na kwa nini nguvu dhaifu ni fupi.

23. Upanuzi wa cosmological ni upanuzi wa nafasi. Upanuzi huu ni tofauti na mlipuko wa bomu ambako chembe hupita haraka kupitia angani. Mpango wa kasi ya recessional ya galaxy ni sawa na umbali wake. Kasi hii inapimwa kwa kutumia mabadiliko nyekundu ya nyota ya mbali.

25. Kwa umbali, mwangaza kabisa ni sawa, lakini mwangaza unaoonekana ni kinyume na mraba wa umbali wake (au kwa kasi ya sheria ya Hubble).

27. Upanuzi ulioonekana wa ulimwengu na wigo wa mionzi ya asili ya cosmic.

29. Ikiwa mwanga unapungua, inachukua muda mrefu kufikia Dunia kuliko inavyotarajiwa. Tunahitimisha kwamba kitu ni karibu sana kuliko ilivyo kweli. Hivyo, kwa kila kasi recessional (kulingana na mzunguko wa mwanga, ambayo sisi kudhani si kuvuruga na kupunguza), umbali ni ndogo kuliko “kweli” thamani, mara kwa mara Hubble ni kubwa kuliko thamani “kweli”, na umri wa ulimwengu ni ndogo kuliko thamani “kweli”.

Matatizo

31. 1.022 MeV

33. 0.511 mEV,\(\displaystyle 2.73×10^{−22}kg⋅m/s, 1.23×10^{20}Hz\)

35. a, b, na c

37. a\(\displaystyle \bar{p_e}+\nu e\);.

b.\(\displaystyle \bar{p}π^+\) au\(\displaystyle \bar{p}π^0\);

c.\(\displaystyle \bar{Ξ^0}π^0\) au\(\displaystyle \bar{Λ^0}K^+\);

d.\(\displaystyle μ−\bar{\nu_μ}\) au\(\displaystyle π^−π^0\);

e.\(\displaystyle \bar{p}π^0\) au\(\displaystyle \bar{n}π^−\)

39. Proton ina quarks mbili na quark moja chini. Malipo ya jumla ya proton ni kwa hiyo\(\displaystyle +\frac{2}{3}+\frac{2}{3}+−\frac{1}{3}=+1\).

41. \(\displaystyle K^+\)Meson inajumuisha quark up na antiquark ajabu (\(\displaystyle u\bar{s}\)). Kwa kuwa mabadiliko ya quark hii na antiquark ni\(\displaystyle 2e/3\) na\(\displaystyle e/3\), kwa mtiririko huo, malipo ya wavu ya\(\displaystyle K^+\) meson ni e, kwa kukubaliana na thamani yake inayojulikana. Mbili spin\(\displaystyle −1/2\) chembe inaweza kuchanganya kuzalisha chembe na spin ya ama 0 au 1, sambamba na spin\(\displaystyle K^+\) meson ya 0. Ukweli wa wavu wa quark ya juu na antiquark ya ajabu ni\(\displaystyle 0+1=1\), kwa kukubaliana na uangalifu wa kipimo cha\(\displaystyle K^+\) meson.

43. a. rangi;

b. quark-antiquark

45. \(\displaystyle d→u+e^−+\bar{\nu_e};u→d+e^++\nu_e\)

47. 965 GeV

49. Kwa mujibu wa Mfano 11.7,

\(\displaystyle W=2E_{beam}=9.46GeV\),

\(\displaystyle M=9.46GeV/c^2\).

Hii ni wingi wa upsilon (1S) meson kwanza aliona katika maabara Fermi mwaka 1977. Mesoni ya upsilon ina quark ya chini na antiparticle yake (\(\displaystyle b\bar{b}\)).

51. 0.135 fm; Kwa kuwa umbali huu ni mfupi sana kufanya wimbo, uwepo wa\(\displaystyle W^−\) lazima uingizwe kutoka kwa bidhaa zake za kuoza.

53. 3.33 MV

55. Graviton ni massless, hivyo kama photon inahusishwa na nguvu ya upeo usio na kipimo.

57. 67.5 mEV

59. a. 33.9 MeV;

b Kwa uhifadhi wa kasi,\(\displaystyle |p_μ|=|p_\nu|=p\). Kwa uhifadhi wa nishati,\(\displaystyle E_\nu=29.8MeV,E_μ=4.1MeV\)

61. \(\displaystyle (0.99)(299792km/s)=((70\frac{km}{s})/Mpc)(d),d=4240Mpc\)

63. \(\displaystyle 1.0×10^4km/s\)mbali na sisi.

65. \(\displaystyle 2.26×10^8y\)

67. a. miaka\(\displaystyle 1.5×10^{10}y=15\) bilioni;

b. zaidi, tangu kama ilikuwa kusonga polepole katika siku za nyuma itachukua chini zaidi kusafiri umbali.

69. \(\displaystyle v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\)

Matatizo ya ziada

71. a\(\displaystyle \bar{n}\);.

b\(\displaystyle K^+\);

c\(\displaystyle K^+\);

d\(\displaystyle π^−\);

e\(\displaystyle \bar{ν_τ}\).

f.\(\displaystyle e^+\)

73. \(\displaystyle 14.002 TeV≈14.0TeV\)

75. \(\displaystyle 964rev/s\)

77. a\(\displaystyle H_0=\frac{30 km/s}{1 Mly}=30km/s⋅Mly\);.

b.\(\displaystyle H_0=\frac{15km/s}{1Mly}=15km/s⋅Mly\)

Changamoto Matatizo

79. a\(\displaystyle 5×10^{10}\);.

b. kugawanya idadi ya chembe na eneo ambalo hupiga:\(\displaystyle 5×10^4particles/m^2\)

81. a. 2.01;

b\(\displaystyle 2.50×10^{−8}s\);

c. 6.50 m

83. \(\displaystyle \frac{mv^2}{r}=\frac{GMm}{r^2}⇒v=(\frac{GM}{r})^{1/2}=[\frac{(6.67×10^{−11}N⋅m^2/kg^2)(3×10^{41}kg)}{(30,000 ly)(9.46×10^{15}m/ly)}]=2.7×10^5m/s\)

85. a. 938.27 MeV;

b.\(\displaystyle 1.84×10^3\)

87. a\(\displaystyle 3.29×10^{18}GeV≈3×10^{18}GeV\);.

b. 0.3; Uunganisho wa vikosi vitatu hupungua muda mfupi baada ya kujitenga kwa mvuto kutoka kwa nguvu ya umoja (karibu na muda wa muda wa Planck). Ukosefu wa uhakika kwa wakati unakuwa mkubwa zaidi. Hivyo nishati inapatikana inakuwa chini ya nishati inayohitajika ya umoja.