2021 A/L Physics Past Paper · Question 08 (Sinhala Medium)

Answer: (3) $-\dfrac{1}{3}e$

ප්‍රශ්නය අසන්නේ කුමක්ද

අපි දන්නා දේ:

ප්‍රෝටෝනය සහ නියුට්‍රෝනය සෑදී ඇත්තේ ක්වාර්ක් ලෙස හැඳින්වෙන ඉතා කුඩා අංශු තුනකිනි. මෙහි වර්ග දෙකක් ඇත: up ක්වාර්ක් $u$ සහ down ක්වාර්ක් $d$.

සෑම අකුරක්ම කුමක් දැක්වේ ද:

$e$ ($\text{C}$): මූලික ආරෝපණය, එක් ප්‍රෝටෝනයක ආරෝපණය.

$q_u$ ($\text{C}$): එක් up ක්වාර්ක් එකක ආරෝපණය.

$q_d$ ($\text{C}$): එක් down ක්වාර්ක් එකක ආරෝපණය.

අපට අවශ්‍ය වන්නේ: එක් down ක්වාර්ක් එකක ආරෝපණය $q_d$.

සැලැස්ම: ප්‍රෝටෝනය up ක්වාර්ක් දෙකක් සහ down ක්වාර්ක් එකක් එකතු වීමෙන් සෑදී ඇත. ප්‍රෝටෝනයේ ආරෝපණයත් up ක්වාර්ක් එකේ ආරෝපණයත් අපි දනිමු. ඉතිරි වන්නේ down ක්වාර්ක් එකයි.

අදාළ න්‍යාය

ෆර්මියෝන වර්ග දෙකක් ඇත. ඒවා නම් ලෙප්ටෝන (leptons) සහ ක්වාර්ක් (quarks) ය. ඉලෙක්ට්‍රෝනය ෆර්මියෝන ගණයට අයත් වන අතර, ප්‍රෝටෝන සහ නියුට්‍රෝන සෑදී ඇත්තේ ක්වාර්ක් තුනක් එකතු වීමෙනි. ක්වාර්ක් අංශුවල වැදගත් ලක්ෂණයක් වන්නේ, ඒවායේ ආරෝපණයේ විශාලත්වය ඉලෙක්ට්‍රෝනයක ආරෝපණයෙන් 1/3ක් හෝ 2/3ක් වීම ය.

ප්‍රෝටෝනය සෑදී තිබෙන්නේ ආරෝපණය +2/3 වන u ක්වාර්ක් අංශු දෙකක් සහ ආරෝපණය -1/3 වන d ක්වාර්ක් අංශු එකක් එකතු වීමෙනි. මේ අනුව ප්‍රෝටෝනයේ ආරෝපණය +1 වෙයි. නියුට්‍රෝනය සෑදී තිබෙන්නේ u ක්වාර්ක් අංශු එකක් සහ d ක්වාර්ක් අංශු දෙකක් එකතු වීමෙනි.

ඒ නිසා නියුට්‍රෝනයේ ආරෝපණය ශුන්‍ය වෙයි.

විකල්ප පරීක්ෂා කිරීම

බෑගයක කාසි තුනක් ඇතැයි සිතන්න. බෑගයේ මුළු මුදල රුපියල් $1$ ක් බව ඔබ දන්නවා. කාසි දෙකක් එකම වර්ගයේ ය. ඒ දෙක දන්නේ නම් තුන්වැන්න සොයා ගත හැකිය.

ප්‍රෝටෝනය එම බෑගයයි. එහි මුළු ආරෝපණය $+e$ වේ. එහි up ක්වාර්ක් දෙකක් සහ down ක්වාර්ක් එකක් ඇත.

ප්‍රෝටෝනයේ ආරෝපණ තුන එකතු කරන්න:

$$q_u + q_u + q_d = +e$$

මෙයින් කියන්නේ: ක්වාර්ක් තුනේ ආරෝපණවල එකතුව ප්‍රෝටෝනයේ ආරෝපණයට සමාන බවයි.

$+\dfrac{4}{3}e$

$2 \times \left(+\dfrac{2}{3}e\right)$

$-\dfrac{1}{3}e$

$q_d = e - \dfrac{4}{3}e$

up ක්වාර්ක් දෙක ටිකක් වැඩියෙන්, $\dfrac{4}{3}e$ ක්, දෙයි. එබැවින් down ක්වාර්ක් එක $\dfrac{1}{3}e$ ක් අඩු කළ යුතුය.

එහි ආරෝපණය සෘණ වන්නේ ඒ නිසාය: $-\dfrac{1}{3}e$. එය පිළිතුර (3) යි.

අනෙක් විකල්ප වැරදි වන්නේ ඇයි

$+e$ යනු සම්පූර්ණ ප්‍රෝටෝනයේ ආරෝපණයයි, එක් ක්වාර්ක් එකක ආරෝපණය නොවේ.

$+\dfrac{2}{3}e$ යනු up ක්වාර්ක් එකේ ආරෝපණයයි.

$-\dfrac{2}{3}e$ නම් ප්‍රෝටෝනයේ ආරෝපණය $+\dfrac{2}{3}e$ පමණි.

$-e$ යනු ඉලෙක්ට්‍රෝනයක ආරෝපණයයි. ක්වාර්ක් එකකට ඇත්තේ $e$ න් තුනෙන් එකක් හෝ දෙකක්.

නිගමනය

මෙය අර්ථවත් ද?

නියුට්‍රෝනය up ක්වාර්ක් එකක් සහ down ක්වාර්ක් දෙකක් එකතු වීමෙන් සෑදී ඇත. එකතු කරන්න: $\dfrac{2}{3}e - \dfrac{1}{3}e - \dfrac{1}{3}e = 0$.

නියුට්‍රෝනයට ආරෝපණයක් නැත. එබැවින් $-\dfrac{1}{3}e$ නියුට්‍රෝනයට ද ගැළපේ.

$q_d = -\dfrac{1}{3}e$

ප්‍රෝටෝනය up ක්වාර්ක් දෙකක් සහ down ක්වාර්ක් එකකින් සෑදී ඇත. එහි ආරෝපණය $+e$. up ක්වාර්ක් දෙක $+\dfrac{4}{3}e$ දෙයි.

එබැවින් down ක්වාර්ක් එක $e - \dfrac{4}{3}e = -\dfrac{1}{3}e$. පිළිතුර (3) යි.

ප්‍රෝටෝනය $u\,u\,d$ ලෙසත් නියුට්‍රෝනය $u\,d\,d$ ලෙසත් මතක තබා ගන්න. up $+\dfrac{2}{3}e$, down $-\dfrac{1}{3}e$.

පරීක්ෂා කිරීමට: $u\,u\,d$ එකතුව $+e$, $u\,d\,d$ එකතුව $0$.

විභාග ඉඟිය