Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 13011
2020-02-10 
Пучок протонов направляется в камеру Вильсона. Па одной из фотографий (цепочек капелек пара) зафиксирована картинка, на которой три отрезка прямых выходят из одной точки, отрезки составляют между собой углы $90^{ \circ}, 120^{ \circ}$ и $150^{ \circ}$. Картинка соответствует акту упругого столкновения протона с одним из неподвижных ядер. Установите по фотографии, что это может быть за ядро.
Решение:
Очевидно, что одна из линий соответствует траектории протона, влетевшего в камеру Вильсона. Обозначим траектории заряженных частиц номерами 1, 2, 3 (см. рисунок). Поскольку удар протона и неизвестного ядра абсолютно упругий, до и после удара сохраняются неизменными суммарный импульс протона и ядра и их суммарная кинетическая энергия. Предположим, что линия 1 - это траектория налетающего протона. Этот случай самый простой: после удара протон и ядро разлетелись под углом $90^{ \circ}$; значит, масса ядра равна массе протона, т.е. произошло столкновение двух протонов.
Второй вариант для анализа - когда линия 2 является траекторией налетевшего протона. Тогда линия 1 не может быть траекторией этого протона после удара. Действительно, импульс системы должен сохраниться, а если линия 1 продолжает траекторию протона, то в этом случае для сохранения импульса нужно, чтобы скорость протона после удара стала больше, чем была до удара, что, естественно, невозможно.
Далее, проекции скоростей протона на направление, перпендикулярное линии 1, до удара и после удара должны быть одинаковыми, а это возможно, если скорость протона после удара стала меньше, чем была до удара. Линия 3, таким образом, может быть траекторией протона после удара. Легко показать, что в этом случае отношение массы ядра к массе протона равно 2. Следовательно, возможно, что на фотографии зарегистрирован акт столкновения протона с дейтроном.
Аналогичное рассуждение можно провести, если предположить, что линия 3 - это траектория налетающего протона. Тогда линия 1 не может быть траекторией протона после удара, потому что в этом случае скорость протона после удара должна быть больше скорости до удара. Теперь кандидатом на продолжение траектории протона после удара является линия 2, однако проекции скоростей протона на направление, перпендикулярное линии 1, должны быть одинаковыми, но это возможно, только если скорость протона после удара больше скорости до удара. Таким образом, и линия 2 тоже не может быть продолжением траектории линии 3.
Итак, возможны два варианта: а) произошло столкновение протона с протоном; б) произошло столкновение протона с дейтроном.
Пучок протонов направляется в камеру Вильсона. Па одной из фотографий (цепочек капелек пара) зафиксирована картинка, на которой три отрезка прямых выходят из одной точки, отрезки составляют между собой углы $90^{ \circ}, 120^{ \circ}$ и $150^{ \circ}$. Картинка соответствует акту упругого столкновения протона с одним из неподвижных ядер. Установите по фотографии, что это может быть за ядро.
Решение:
Очевидно, что одна из линий соответствует траектории протона, влетевшего в камеру Вильсона. Обозначим траектории заряженных частиц номерами 1, 2, 3 (см. рисунок). Поскольку удар протона и неизвестного ядра абсолютно упругий, до и после удара сохраняются неизменными суммарный импульс протона и ядра и их суммарная кинетическая энергия. Предположим, что линия 1 - это траектория налетающего протона. Этот случай самый простой: после удара протон и ядро разлетелись под углом $90^{ \circ}$; значит, масса ядра равна массе протона, т.е. произошло столкновение двух протонов.
Второй вариант для анализа - когда линия 2 является траекторией налетевшего протона. Тогда линия 1 не может быть траекторией этого протона после удара. Действительно, импульс системы должен сохраниться, а если линия 1 продолжает траекторию протона, то в этом случае для сохранения импульса нужно, чтобы скорость протона после удара стала больше, чем была до удара, что, естественно, невозможно.
Далее, проекции скоростей протона на направление, перпендикулярное линии 1, до удара и после удара должны быть одинаковыми, а это возможно, если скорость протона после удара стала меньше, чем была до удара. Линия 3, таким образом, может быть траекторией протона после удара. Легко показать, что в этом случае отношение массы ядра к массе протона равно 2. Следовательно, возможно, что на фотографии зарегистрирован акт столкновения протона с дейтроном.
Аналогичное рассуждение можно провести, если предположить, что линия 3 - это траектория налетающего протона. Тогда линия 1 не может быть траекторией протона после удара, потому что в этом случае скорость протона после удара должна быть больше скорости до удара. Теперь кандидатом на продолжение траектории протона после удара является линия 2, однако проекции скоростей протона на направление, перпендикулярное линии 1, должны быть одинаковыми, но это возможно, только если скорость протона после удара больше скорости до удара. Таким образом, и линия 2 тоже не может быть продолжением траектории линии 3.
Итак, возможны два варианта: а) произошло столкновение протона с протоном; б) произошло столкновение протона с дейтроном.
