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        1. (25分)1995年,美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室CDF實(shí)驗(yàn)組和DO實(shí)驗(yàn)組在質(zhì)子反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)TEVATRON的實(shí)驗(yàn)中,觀察到了頂夸克,測(cè)得它的靜止質(zhì)量,壽命,這是近十幾年來(lái)粒子物理研究最重要的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展之一.
              1.正、反頂夸克之間的強(qiáng)相互作用勢(shì)能可寫為,式中是正、反頂夸克之間的距離,是強(qiáng)相互作用耦合常數(shù),是與單位制有關(guān)的常數(shù),在國(guó)際單位制中.為估算正、反頂夸克能否構(gòu)成一個(gè)處在束縛狀態(tài)的系統(tǒng),可把束縛狀態(tài)設(shè)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(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).如能構(gòu)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(gè)粒子的動(dòng)量與其軌道半徑的乘積,為量子數(shù),為普朗克常量。
              2.試求正、反頂夸克在上述設(shè)想的基態(tài)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期.你認(rèn)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(diǎn)電荷之間的庫(kù)侖力與電勢(shì)能公式為

                                       (1)

          現(xiàn)在已知正反頂夸克之間的強(qiáng)相互作用勢(shì)能為

             

          根據(jù)直接類比可知,正反頂夸克之間的強(qiáng)相互作用力為

                                                   (2)

          設(shè)正反頂夸克繞其連線的中點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速率為,因二者相距,二者所受的向心力均為,二者的運(yùn)動(dòng)方程均為

                                                     (3)

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

                                             (4)

          由(3)、(4)兩式解得

                                                    (5)

          代入數(shù)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(yùn)動(dòng)的周期

                                     (8)

          代入數(shù)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(píng)分標(biāo)準(zhǔn):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(xí)冊(cè)系列答案
          相關(guān)習(xí)題

          科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

          1995年美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)中觀察到了頂夸克,測(cè)得它的靜止質(zhì)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(shí)驗(yàn)進(jìn)展之一.正、反頂夸克之間的強(qiáng)相互作用勢(shì)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(qiáng)相互作用耦合常數(shù),k是與單位制有關(guān)的常數(shù),在國(guó)際單位制中k=0.319×10-25 J.m,則在國(guó)際單位制中強(qiáng)相互作用耦合常數(shù)as的單位是( 。

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          科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

          (2013?懷化二模)1995年美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在驗(yàn)中觀察到了頂夸克,測(cè)得它的靜止質(zhì)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(shí)驗(yàn)進(jìn)展之一.正、反頂夸克之間的強(qiáng)相互作用勢(shì)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(qiáng)相互作用耦合常數(shù),無(wú)單位,k是與單位制有關(guān)的常數(shù),則在國(guó)際單位制中常數(shù)k的單位是( 。

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          科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

          (25分)1995年,美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室CDF實(shí)驗(yàn)組和DO實(shí)驗(yàn)組在質(zhì)子反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)TEVATRON的實(shí)驗(yàn)中,觀察到了頂夸克,測(cè)得它的靜止質(zhì)量,壽命,這是近十幾年來(lái)粒子物理研究最重要的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展之一.
              1.正、反頂夸克之間的強(qiáng)相互作用勢(shì)能可寫為,式中是正、反頂夸克之間的距離,是強(qiáng)相互作用耦合常數(shù),是與單位制有關(guān)的常數(shù),在國(guó)際單位制中.為估算正、反頂夸克能否構(gòu)成一個(gè)處在束縛狀態(tài)的系統(tǒng),可把束縛狀態(tài)設(shè)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(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).如能構(gòu)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(gè)粒子的動(dòng)量與其軌道半徑的乘積,為量子數(shù),為普朗克常量.
              2.試求正、反頂夸克在上述設(shè)想的基態(tài)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期.你認(rèn)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(lái)源:同步題 題型:計(jì)算題

          1995年,美國(guó)費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室CDF和DO實(shí)驗(yàn)組在質(zhì)子、反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)TEVATRON的實(shí)驗(yàn)中,觀察到了頂夸克,測(cè)得它的靜止質(zhì)量m1=1. 75×1011eV/c2=3.1×10-25kg,壽命a=0.4×10-24s.這是近十幾年來(lái)粒子物理研究最重要的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展之一.    
          (1)在電場(chǎng)相互作用中,相距為r的電量為Q1、Q2的兩點(diǎn)電,式中k1為靜電力常量,而在強(qiáng)相互作用中,正、反頂夸克之間的強(qiáng)相互作用勢(shì)能可寫為,式中r是正、反頂夸克之間的距離,as=0.12,是強(qiáng)相互作用耦合系數(shù),k2是與單位制有關(guān)的常數(shù),在國(guó)際單位制中k2=0.319×10-25J.m.為估算正、反頂夸克能否構(gòu)成一個(gè)處在束縛態(tài)的系統(tǒng),可把束縛態(tài)設(shè)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(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).如能構(gòu)成束縛態(tài),試用玻爾理論確定系統(tǒng)處于基態(tài)時(shí)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(gè)粒子的動(dòng)量mv與其軌道半徑的乘積,n為量子數(shù),h =6.63×10-34J.s為普朗克常量.    
          (2)試求正、反頂夸克在上述設(shè)想的基態(tài)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T,你認(rèn)為正、反頂夸克的這種束縛態(tài)能存在嗎?

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