חלקיקים יסודיים
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| fundamental particles/ˌfʌndəˈmentl ˈpɑːtɪklz/ | חלקיקים יסודיים |
| quarks/kwɑːks/ | קווארקים |
| flavours/ˈfleɪvəz/ | טעמים |
| antiquark/ˈæntɪkwɑːk/ | אנטי-קווארק |
| hadrons/ˈhædrɒnz/ | הדרונים |
| baryons/ˈbæriɒnz/ | בריונים |
| mesons/ˈmiːzɒnz/ | מזונים |
| leptons/ˈleptɒnz/ | לפטונים |
בתוך הפרוטון
- לפרוטונים ולנוטרונים תחושת מוצקות — אך הם אינם חלקיקים יסודיים.
- כל אחד מהם בנוי מחלקיקים נקודתיים קטנים יותר הנקראים קוורקים.
- חלקיקים מסוימים אינם מכילים חלקים קטנים יותר; אלו הם המרכיבים האמיתיים הבסיסיים ביותר.
מעבדת חלקיקים יסודיים
סדר את החלקיקים לפי המשפחה או האינטראקציה שמגדירים אותם.
קווארקים
- שש סוגים. על, צ'ארם, טופ יש להם מטען $+\tfrac{2}{3}e$; דאון, סטרנג', בוטום יש להם $-\tfrac{1}{3}e$.
- לכל אחד מהם קיים אנטי-קווארק עם מטען הפוך.
השישה סוגי הקווארקים: סוגי על נושאים +⅔e, סוגי דאון נושאים −⅓e
מהו המטען על קווארק עליון?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
קווארקים מסוג עליון (עליון, צ'ארם, טופ) נושאים $+\tfrac{2}{3}e$; קווארקים מסוג תחתון (תחתון, סטריינג', בוטום) נושאים $-\tfrac{1}{3}e$.
הדאדרון: בריונים ומסונים
- חלקיקים המבוססים על קווארקים נקראים הדדיונים.
- בריונים = שלושה קווארקים; מזונים = קווארק ואנטי-קווארק.
התאם כל הדיוארון למה הוא עשוי.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
פרוטונים ונוטרונים הם בריונים (שלושה קווארקים); פיון הוא מזון (קווארק + אנטי-קווארק).
פרוטון ונוטרון
- פרוטון = u u d: מטען $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$.
- נוטרון = u d d: מטען $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$.
מאילו קווארקים מורכב פרוטון?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
פרוטון = u u d, מה שמעניין מטען $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$.
נוטרון הוא u d d. מהי מטענו הכולל, ביחידות של $e$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$ — הנטרון חסר מטען.
דוגמה מפורטת: הקווארקים בחלקיק α
חלקיק α הוא שני פרוטונים ושני נטרונים. הוכח באמצעות קווארקים כי לכל הדדיון בו יש מטען $0$ או $+e$, ומצא את התוכן הקווארקי הכולל.
- כל פרוטון הוא uud: $\tfrac{2}{3} + \tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} = +1$, ולכן מטען $+e$. זהו בריון (שלושה קווארקים).
- כל נטרון הוא udd: $\tfrac{2}{3} - \tfrac{1}{3} - \tfrac{1}{3} = 0$. גם כן בריון.
- חלקיק α כולו: קווארקי על $2 \times 2 + 2 \times 1 = 6$; קווארקי דאון $2 \times 1 + 2 \times 2 = 6$.
- בדיקה: $6\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 6\left(-\tfrac{1}{3}\right) = 4 - 2 = +2$, מטענו של חלקיק α הוא $+2e$.
גרעין הליום-3 מכיל שני פרוטונים ונוטרון אחד. כמה קווארקים תחתונים הוא מכיל?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
לכל פרוטון (uud) יש קווארק אחד נמס, ולנוטרון (udd) יש שניים: $1 + 1 + 2 = 4$.
דעיכת β במונחי קווארקים
- β$^{-}$: ניוטרון הופך לפרוטון — קוארק תחתון הופך לקוארק עליון.
- β$^{+}$: פרוטון הופך לניוטרון — קוארק עליון הופך לקוארק תחתון.
בליעת β⁻ מקרוב: קוארק תחתון אחד מתהפך לקוארק עליון, ולכן ניוטרון הופך לפרוטון
בקריעה ב-β$^{-}$, איזה שינוי בקווארק מתרחש?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
נוטרון (u d d) הופך לפרוטון (u u d): one down → up, פולט $\beta^{-}$ ואנטי-נוטרינו.
לקפטונים ומהו יסודי
- Leptons (אלקטרונים, נייטרिनो) הם יסודיים ואינם מורכבים מקווארקים.
- יסודיים: קווארקים, אלקטרונים, פוזיטרונים, נייטרין. לא יסודיים: פרוטונים, ניוטרונים, מזונים (כולם hadrons).
חלקיקים מסווגים ל-hadrons (המורכבים מקווארקים) ול-leptons (יסודיים, אינם מורכבים מקווארקים)
בחר את כולם החלקיקים שהם יסודיים.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
קווארקים ולפטונים (אלקטרון, נייטרينو) הם יסודיים. פרוטונים ומזונים הם דיוארונים — עשוים מקווארקים.
אלקטרון הוא לפטון ואינו עשוי מקווארקים.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
לפטונים (אלקטרונים ונייטרינו) הם חלקיקים יסודיים, שאינם בנויים מקווארקים.
דוגמה פותרת: מזון ניטרלי
החלקיק Q הוא מזון עם מטען אפס. יש לו מסה של $0.67\ \text{u}$ ואנרגיה קינטית של $2.1 \times 10^{-16}\ \text{J}$.
- הרכב אפשרי: קוארק עם אנטי-קוארק משלו, לדוגמה $\text{u}\bar{\text{u}}$: $+\tfrac{2}{3} - \tfrac{2}{3} = 0$. ($\text{d}\bar{\text{d}}$ גם יהיה מתאים.)
- למה לא שני קווארקים? מזון הוא תמיד קוארק ואנטי-קוארק; שני קווארקים ביחד אינם מהווים מזון.
- מהירות: $E_{\text{K}} = \tfrac{1}{2}mv^{2}$ עם $m = 0.67 \times 1.66 \times 10^{-27} = 1.1 \times 10^{-27}\ \text{kg}$, ולכן $v = \sqrt{\dfrac{2 \times 2.1 \times 10^{-16}}{1.1 \times 10^{-27}}} = 6.1 \times 10^{5}\ \dfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
- בדיקה: הרבה מתחת למהירות האור, ולכן נוסחת האנרגיה הקינטית הרגילה מתאימה לשימוש.
מזון מורכב מקווארק ו-____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מזונים הם זוגות של קווארק ואנטי-קווארק; ברייונים הם שלושה קווארקים. מזון ניטרלי מתאם קווארק עם אנטי-קווארק בעל מטען הפוך, כמו עליון עם אנטי-עליון.
"Fundamental" (יסודי) פירושו לא עשוי מדברים קטנים יותר: קווארקים ו-leptons כאלו; פרוטונים, ניוטרונים וכל hadron אחר אינם כאלו. אנטי-קווארקים נושאים מטען הפוך, ולכן מזון ניטרלי זוגי קוארק עם אנטי-קוארק המתאים לו. בבליעת β$^{-}$ השינוי בקווארק הוא d → u — עליית מטען של $+1$ שאותה מאזנת המטען $-1$ של האלקטרון הנפלטה — והאלקטרון נוצר בבליעה, ולא משוחרר ממסלול אטומי.
הבנתך מושלמת
- קווארקים הם יסודיים (סוג עליון $+\tfrac{2}{3}e$, סוג תחתון $-\tfrac{1}{3}e$; אנטי-קווארקים הפוכים)
- בריונים = 3 קווארקים (פרוטון uud, ניוטרון udd); מזונים = קוארק + אנטי-קוארק; קווארקי גרעין הם פשוט סכום קווארקי הפרוטונים והניוטרונים שלו
- בבליעת β$^{-}$ קוארק תחתון → קוארק עליון; leptons (אלקטרון, נייטרין) הם יסודיים