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        1. 精英家教網 > 高中物理 > 題目詳情

          (25分)1995年,美國費米國家實驗室CDF實驗組和DO實驗組在質子反質子對撞機TEVATRON的實驗中,觀察到了頂夸克,測得它的靜止質量,壽命,這是近十幾年來粒子物理研究最重要的實驗進展之一.
              1.正、反頂夸克之間的強相互作用勢能可寫為,式中是正、反頂夸克之間的距離,是強相互作用耦合常數,是與單位制有關的常數,在國際單位制中.為估算正、反頂夸克能否構成一個處在束縛狀態(tài)的系統(tǒng),可把束縛狀態(tài)設想為正反頂夸克在彼此間的吸引力作用下繞它們連線的中點做勻速圓周運動.如能構成束縛態(tài),試用玻爾理論確定系統(tǒng)處于基態(tài)中正、反頂夸克之間的距離.已知處于束縛態(tài)的正、反夸克粒子滿足量子化條件,即
                         
          式中為一個粒子的動量與其軌道半徑的乘積,為量子數,為普朗克常量。
              2.試求正、反頂夸克在上述設想的基態(tài)中做勻速圓周運動的周期.你認為正、反頂夸克的這種束縛態(tài)能存在嗎?

          解析

          1.相距為的電量為的兩點電荷之間的庫侖力與電勢能公式為

                                       (1)

          現在已知正反頂夸克之間的強相互作用勢能為

             

          根據直接類比可知,正反頂夸克之間的強相互作用力為

                                                   (2)

          設正反頂夸克繞其連線的中點做勻速圓周運動的速率為,因二者相距,二者所受的向心力均為,二者的運動方程均為

                                                     (3)

          由題給的量子化條件,粒子處于基態(tài)時,取量子數,得

                                             (4)

          由(3)、(4)兩式解得

                                                    (5)

          代入數值得

                                                  (6)

          2. 由(3)與(4)兩式得

                                                 (7)

          可算出正反頂夸克做勻速圓周運動的周期

                                     (8)

          代入數值得

                                               (9)

          由此可得                                    (10)

          因正反頂夸克的壽命只有它們組成的束縛系統(tǒng)的周期的,故正反頂夸克的束縛態(tài)通常是不存在的.

          評分標準:本題25分

          1. 15分。(2)式4分,(5)式9分,求得(6)式再給2分。

          2. 10分。(8)式3分。(9)式1分,正確求得(10)式并由此指出正反頂夸克不能形成束縛態(tài)給6分。

          練習冊系列答案
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          科目:高中物理 來源: 題型:

          1995年美國費米國家實驗室在實驗中觀察到了頂夸克,測得它的靜止質量m=3.1×10-25kg,壽命τ=0.4×10-24 s,這是近二十幾年粒子物理研究最重要的實驗進展之一.正、反頂夸克之間的強相互作用勢能可寫為EP=-k
          4as
          3r
          式中r是正、反頂夸克之間的距離,as是強相互作用耦合常數,k是與單位制有關的常數,在國際單位制中k=0.319×10-25 J.m,則在國際單位制中強相互作用耦合常數as的單位是( 。

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          科目:高中物理 來源: 題型:

          (2013?懷化二模)1995年美國費米國家實驗室在驗中觀察到了頂夸克,測得它的靜止質量m=3.1×10-25kg,壽命τ=0.4×10-24s,這是近二十幾年粒子物理研究最重要的實驗進展之一.正、反頂夸克之間的強相互作用勢能可寫為Ep=-k
          4αs
          3r
          ,式中r是正、反頂夸克之間的距離,αs=0.12是強相互作用耦合常數,無單位,k是與單位制有關的常數,則在國際單位制中常數k的單位是(  )

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          科目:高中物理 來源: 題型:

          (25分)1995年,美國費米國家實驗室CDF實驗組和DO實驗組在質子反質子對撞機TEVATRON的實驗中,觀察到了頂夸克,測得它的靜止質量,壽命,這是近十幾年來粒子物理研究最重要的實驗進展之一.
              1.正、反頂夸克之間的強相互作用勢能可寫為,式中是正、反頂夸克之間的距離,是強相互作用耦合常數,是與單位制有關的常數,在國際單位制中.為估算正、反頂夸克能否構成一個處在束縛狀態(tài)的系統(tǒng),可把束縛狀態(tài)設想為正反頂夸克在彼此間的吸引力作用下繞它們連線的中點做勻速圓周運動.如能構成束縛態(tài),試用玻爾理論確定系統(tǒng)處于基態(tài)中正、反頂夸克之間的距離.已知處于束縛態(tài)的正、反夸克粒子滿足量子化條件,即
                         
          式中為一個粒子的動量與其軌道半徑的乘積,為量子數,為普朗克常量.
              2.試求正、反頂夸克在上述設想的基態(tài)中做勻速圓周運動的周期.你認為正、反頂夸克的這種束縛態(tài)能存在嗎?

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          科目:高中物理 來源:同步題 題型:計算題

          1995年,美國費米國家實驗室CDF和DO實驗組在質子、反質子對撞機TEVATRON的實驗中,觀察到了頂夸克,測得它的靜止質量m1=1. 75×1011eV/c2=3.1×10-25kg,壽命a=0.4×10-24s.這是近十幾年來粒子物理研究最重要的實驗進展之一.    
          (1)在電場相互作用中,相距為r的電量為Q1、Q2的兩點電,式中k1為靜電力常量,而在強相互作用中,正、反頂夸克之間的強相互作用勢能可寫為,式中r是正、反頂夸克之間的距離,as=0.12,是強相互作用耦合系數,k2是與單位制有關的常數,在國際單位制中k2=0.319×10-25J.m.為估算正、反頂夸克能否構成一個處在束縛態(tài)的系統(tǒng),可把束縛態(tài)設想為正、反頂夸克在彼此之間的吸引力作用下繞它們連線的中點做勻速圓周運動.如能構成束縛態(tài),試用玻爾理論確定系統(tǒng)處于基態(tài)時正、反頂夸克之間的距離r0.已知處于束縛態(tài)的正、反頂夸克粒子滿足量子化條件,即式中為一個粒子的動量mv與其軌道半徑的乘積,n為量子數,h =6.63×10-34J.s為普朗克常量.    
          (2)試求正、反頂夸克在上述設想的基態(tài)中做勻速圓周運動的周期T,你認為正、反頂夸克的這種束縛態(tài)能存在嗎?

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