Diagnostische toets Deeltjes en hun interacties

Diagnostische toets
Deeltjes en hun interacties
1. Algemeen
Als een bron γ-straling uitzendt, en je houdt die bron bij een geladen elektroscoop, dan zal die
elektroscoop ontladen. De fotonen van de γ-straling hebben geen lading.
a. Leg uit hoe het komt dat de elektroscoop ontlaadt.
Protonen die bewegen in het magneetveld dat binnen de Melkweg heerst, kunnen binnen de
Melkweg opgesloten raken doordat ze voortdurend afgebogen worden en in cirkels gaan
bewegen.
b. Hoe heet de kracht die hiervoor zorgt?
c. Raken ook fotonen op deze manier opgesloten binnen de Melkweg? Leg je antwoord uit.
De geladen deeltjes die van de zon komen, dringen niet zelf door tot het aardoppervlak. Toch
meet je op het aardoppervlak wel geladen deeltjes, nadat een snel geladen deeltje de atmosfeer
is binnengedrongen.
d. Leg uit hoe deze geladen deeltjes die het aardoppervlak bereiken zijn ontstaan.
2. Flux
Ties en Roos meten tegelijkertijd op dezelfde plaats op aarde hoeveel muonen het
aardoppervlak bereiken. Het oppervlak van het apparaat waarmee Roos werkt is het grootst,
daardoor meet zij meer muonen per minuut.
a. Leg uit welke grootheid groter is in de meting van Roos, vergeleken met de meting van
Ties, de flux of de fluxdichtheid.
Er bereiken per vierkante meter ongeveer 200 muonen per seconde het aardoppervlak. De
oppervlakte van het apparaat van Roos is 40 cm2.
b. Bereken hoeveel muonen Roos per minuut ongeveer zal meten.
3. Deeltjes en antideeltjes
Ga uit van de volgende gegevens:
De elektrische lading van een elektron is -1,6∙10-19 C, de massa is 0,5 MeV/c2.
De elektrische lading van een muon is -1,6∙10-19 C, de massa is 106 MeV/c2.
De elektrische lading van een proton is +1,6∙10-19 C, de massa is 938 MeV/c2.
De elektrische lading van een neutron is 0, de massa is 940 MeV/c2.
Een foton heeft geen elektrische lading en geen rustmassa.
a. Wat zijn de elektrische lading en de massa van een antimuon?
b. Geef twee redenen waarom het proton en het neutron geen antideeltjes van elkaar zijn.
c. Het foton is zijn eigen antideeltje. Leg uit hoe dat kan.
4. Airshower
Bij de eerste botsing van een bepaald geladen kosmisch deeltje met een atoom in de
atmosfeer ontstaat een positron. Dit positron botst en annihileert met een stilstaand elektron.
a. Leg uit welke behoudswet ervoor zorgt dat bij annihilatie twee fotonen ontstaan, en niet
één.
Hierna volgt een reeks creaties en annihilaties van elektron-positronparen.
Neem aan dat elk foton in de reeks opnieuw tot paarvorming leidt als de energie van het
foton groter is dan 1 MeV. Neem gemakshalve ook aan dat een positron 50% van de energie
heeft van het positron dat het laatst is geannihileerd. Het blijkt dat er in de laatste stap
ongeveer duizend positronen zijn.
b. Bereken hoeveel stappen de reeks telde. (Dit mag met logaritmes, of door ‘proberen’.)
c. Bereken hoe groot de energie van het oorspronkelijke positron minimaal was.
5. Voldoet dat aan de wetten?
Leg bij elk van de volgende processen uit of het mogelijk is, of dat het vanwege een
behoudswet niet kan plaatsvinden. Leg in het laatste geval uit welke behoudswet zou worden
geschonden.
a. Uit een foton ontstaan een antiproton en een positron.
b. Een muon vervalt in een elektron en een elektronneutrino.
c.
d.
Uit een foton ontstaan een quark (d) en een antiquark ( d ).
Een neutron vervalt in een proton, een elektron en een elektronantineutrino.
6. Welke wet?
We bekijken de volgende behoudswetten:
 De wet van behoud van energie
 De wet van behoud van impuls
 De wet van behoud van elektrische lading
 De wet van behoud van leptongetal
 De wet van behoud van baryongetal
a. Geef een zelf verzonnen voorbeeld van een vervalsproces dat niet kan voorkomen in de
natuur doordat niet is voldaan aan de wet van behoud van elektrische lading.
Toen β-verval net was ontdekt, dacht men dat binnen de kern een neutron veranderde in een
proton en een elektron, en dat de volledige reactievergelijking n  p  e  was. Er waren
echter problemen met twee behoudswetten, waar in dit geval niet aan leek te zijn voldaan.
b. Welke twee behoudswetten waren dat?
Men ontdekte dat er tegelijk met het elektron en het proton nog een deeltje ontstaat, daardoor
was het oorspronkelijke probleem opgelost. Dat deeltje was het anti-elektronneutrino.
c. Welke behoudswet zegt dat het een anti-elektronneutrino moet zijn, en geen gewoon
elektronneutrino?
7. Paarvorming
Bij paarvorming ontstaan een elektron en een positron uit een foton.
a. Leg uit op welke manier hierbij wordt voldaan aan de wet van behoud van energie.
b. Leg uit op welke manier hierbij wordt voldaan aan de wet van behoud van impuls.
c. Leg uit op welke manier hierbij wordt voldaan aan de wet van behoud van elektrische
lading.
d. Leg uit op welke manier hierbij wordt voldaan aan de wet van behoud van leptongetal.
e. Leg uit op welke manier hierbij wordt voldaan aan de wet van behoud van baryongetal.
8. PET-scan
Bij het maken van een PET-scan krijgt een patiënt een stof ingespoten die positronen uitzendt.
Die annihileren met elektronen.
a. Waar komen die elektronen vandaan?
De positronen komen vrij doordat in de kern een deeltje verandert in drie andere deeltjes,
namelijk een positron, een neutron en een anti-elektronneutrino.
b. Welk deeltje was het oorspronkelijke deeltje, dus het deeltje dat verdwijnt en verandert in
de drie nieuwe deeltjes?
9. Mesonen en baryonen
De quarksamenstelling van een bepaald meson is u s . De kleurlading van het upquark is
groen (G).
a. Wat weet je van de kleurlading van het antistrangequark?
De quarksamenstelling van een bepaald baryon is udb. De kleurlading van het upquark is
groen (G).
b. Wat weet je van de kleurlading van de andere twee quarks?
10. Massa?
Een deeltje kan vervallen in andere deeltjes die samen een kleinere massa hebben dan het
oorspronkelijke deeltje. Er ontstaan geen deeltjes met rustmassa nul.
Leg uit waar de resterende massa is ‘gebleven’.
11. Kernen wegen
Bij kernsplijting splijt een uraniumkern in een baryumkern, een kryptonkern en drie
neutronen. Als je kernen en de neutronen zou wegen en dan steeds zou delen door het aantal
kerndeeltjes, krijg je verschillende antwoorden. Leg aan de hand van het verschijnsel
kernsplijting uit welke kern een grotere massa per kerndeeltje heeft, uranium, of de deeltjes
die ontstaan (het gemiddelde van barium, krypton en de drie neutronen).

Download Report