Номер 2, страница 355 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 95. Три этапа в развитии физики элементарных частиц. Глава 13. Элементарные частицы - номер 2, страница 355.

Условие.

Посчитайте, сколько примерно пионов возникло (см. рис. 13.1). Подумайте, почему следы от частиц имеют разные толщину и длину.

Решение.

Решение 2.

Посчитайте, сколько примерно пионов возникло (см. рис. 13.1).

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать изображение (рис. 13.1), которое не предоставлено. На подобных изображениях, получаемых в трековых детекторах (например, в пузырьковой камере), пионы, рожденные в реакции, оставили бы видимые следы (треки). Чтобы посчитать их количество, нужно было бы найти точку взаимодействия (вершину), из которой исходят треки, и идентифицировать среди них те, что принадлежат пионам, основываясь на их кривизне в магнитном поле, толщине и характере распада. Без изображения выполнить подсчет невозможно.

Ответ: Невозможно дать ответ без указанного на изображении рисунка 13.1.

Подумайте, почему следы от частиц имеют разные толщину и длину.

Следы (треки), оставляемые заряженными частицами в детекторе, представляют собой визуализацию траектории их движения. Различия в их внешнем виде объясняются фундаментальными свойствами частиц и их взаимодействием с веществом.

Разная толщина треков
Толщина трека напрямую связана с плотностью ионизации, которую создает частица. Чем плотнее ионизация, тем толще след. На это влияют два основных фактора:
1. Заряд частицы: Ионизирующая способность частицы пропорциональна квадрату её заряда ($q$). Частицы с большим зарядом, как, например, альфа-частицы ($q = +2e$), ионизируют среду гораздо интенсивнее, чем частицы с единичным зарядом, как протоны или электроны ($q = \pm e$). Поэтому их треки значительно толще.
2. Скорость частицы: Плотность ионизации для нерелятивистских частиц обратно пропорциональна квадрату их скорости ($v$). Это означает, что медленные частицы вызывают более плотную ионизацию, так как они дольше взаимодействуют с атомами среды на своем пути. В результате, когда частица теряет энергию и замедляется, её трек становится толще, особенно на конечном участке.

Разная длина треков
Длина трека, или пробег частицы, — это расстояние, которое частица проходит до своей остановки, распада или ядерного взаимодействия. Она зависит от следующих факторов:
1. Начальная энергия: Частицы с большей начальной кинетической энергией способны пройти большее расстояние, прежде чем растратят всю энергию на ионизацию и другие взаимодействия. Таким образом, более энергичные частицы оставляют более длинные следы.
2. Тип и масса частицы: Разные частицы при одной и той же энергии теряют ее по-разному. Тяжелые частицы (например, протоны) теряют энергию в основном на ионизацию и движутся почти прямолинейно, имея четко определенную длину пробега. Легкие частицы (электроны, позитроны) сильнее рассеиваются и могут терять энергию на тормозное излучение, что делает их треки более извилистыми и их длину пробега менее определенной.
3. Распад частицы: Многие элементарные частицы (например, пионы, мюоны) нестабильны. Их трек обрывается в точке распада, где возникают треки дочерних частиц. Длина трека до распада — величина случайная, зависящая от собственного времени жизни частицы и релятивистского замедления времени из-за ее скорости. Поэтому даже одинаковые частицы с одинаковой энергией могут иметь разную длину трека.

Ответ: Толщина трека зависит от заряда и скорости частицы (чем больше заряд и меньше скорость, тем трек толще). Длина трека определяется начальной энергией, массой и типом частицы, а также тем, является ли частица стабильной или она распадается (или взаимодействует с ядром) на своем пути.