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

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

வினா என்ன கேட்கிறது

எமக்குத் தெரிந்தவை:

புரோத்தனும் நியூத்திரனும் குவார்க் எனப்படும் மூன்று மிகச் சிறிய துணிக்கைகளால் ஆனவை. இங்கு இரண்டு வகைகள் உள்ளன: up குவார்க் $u$, down குவார்க் $d$.

ஒவ்வோர் எழுத்தும் எதைக் குறிக்கிறது:

$e$ ($\text{C}$): ஆரம்ப ஏற்றம், ஒரு புரோத்தனின் ஏற்றம்.

$q_u$ ($\text{C}$): ஒரு up குவார்க்கின் ஏற்றம்.

$q_d$ ($\text{C}$): ஒரு down குவார்க்கின் ஏற்றம்.

காண வேண்டியது: ஒரு down குவார்க்கின் ஏற்றம் $q_d$.

திட்டம்: புரோத்தன் இரண்டு up குவார்க்குகளும் ஒரு down குவார்க்கும் சேர்ந்தது. புரோத்தனின் ஏற்றமும் up குவார்க்கின் ஏற்றமும் எமக்குத் தெரியும். மீதி இருப்பது down குவார்க்.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

போமியோன் வகைகள் இரண்டு உள்ளன. லெப்ரன் (leptons) குவார்க் (quarks) ஆகியனவே அவையாகும். இலத்திரன்கள் போமியன் வகையைச் சேர்ந்தது. மூன்று குவார்க்ஸ் சேர்வதால் புரோத்தனும் நியூத்திரனும் தோன்றியுள்ளன. குவார்க் துணிக்கையின் ஏற்றமானது இலத்திரனின் ஏற்றத்தின் 1/3 அல்லது 2/3ஆக இருத்தல் அதன் சிறப்பியல்பாகும்.

+2/3 ஏற்றங்கொண்ட u குவார்க் துணிக்கைகள் இரண்டும் -1/3 ஏற்றங்கொண்ட d குவார்க் துணிக்கையொன்றும் சேர்வதாலேயே புரோத்தன் தோன்றியுள்ளது. அதற்கமைய புரோத்தனின் ஏற்றம் +1 ஆகும்.

u குவார்க் துணிக்கை ஒன்றும் d குவார்க் துணிக்கைகள் இரண்டும் சேர்வதால் நியூத்திரன் தோன்றியுள்ளது. எனவே நியூத்திரனின் ஏற்றம் பூச்சியம் ஆகும்.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

ஒரு பையில் மூன்று நாணயங்கள் உள்ளன என நினையுங்கள். பையில் மொத்தம் $1$ ரூபா உள்ளது எனத் தெரியும். இரண்டு நாணயங்கள் ஒரே வகை. அந்த இரண்டும் தெரிந்தால் மூன்றாவதைக் காணலாம்.

புரோத்தனே அந்தப் பை. அதில் மொத்தம் $+e$ உள்ளது. அதில் இரண்டு up குவார்க்குகளும் ஒரு down குவார்க்கும் உள்ளன.

புரோத்தனின் மூன்று ஏற்றங்களையும் கூட்டுக:

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

இது சொல்வது: மூன்று குவார்க்குகளின் ஏற்றங்களின் கூட்டுத்தொகை புரோத்தனின் ஏற்றத்துக்குச் சமம்.

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

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

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

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

இரண்டு up குவார்க்குகளும் சற்றுக் கூடுதலாக, $\dfrac{4}{3}e$, தருகின்றன. எனவே down குவார்க் $\dfrac{1}{3}e$ ஐ எடுத்துவிட வேண்டும்.

அதனாலேயே அதன் ஏற்றம் மறை: $-\dfrac{1}{3}e$. இது விடை (3).

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

$+e$ என்பது முழுப் புரோத்தனின் ஏற்றம், ஒரு குவார்க்கின் ஏற்றம் அல்ல.

$+\dfrac{2}{3}e$ என்பது up குவார்க்கின் ஏற்றம்.

$-\dfrac{2}{3}e$ ஆயின் புரோத்தனின் ஏற்றம் $+\dfrac{2}{3}e$ மட்டுமே.

$-e$ என்பது இலத்திரனின் ஏற்றம். ஒரு குவார்க்கிற்கு $e$ இன் மூன்றில் ஒன்று அல்லது இரண்டு.

முடிவு

பொருத்தமானதா?

நியூத்திரன் ஒரு up குவார்க்கும் இரண்டு down குவார்க்குகளும் சேர்ந்தது. கூட்டுக: $\dfrac{2}{3}e - \dfrac{1}{3}e - \dfrac{1}{3}e = 0$.

நியூத்திரனுக்கு ஏற்றம் இல்லை. எனவே $-\dfrac{1}{3}e$ நியூத்திரனுக்கும் பொருந்துகிறது.

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

புரோத்தன் இரண்டு up குவார்க்குகளும் ஒரு down குவார்க்கும் சேர்ந்தது. அதன் ஏற்றம் $+e$. இரண்டு up குவார்க்குகளும் $+\dfrac{4}{3}e$ தருகின்றன.

எனவே down குவார்க் $e - \dfrac{4}{3}e = -\dfrac{1}{3}e$. விடை (3).

புரோத்தனை $u\,u\,d$ எனவும் நியூத்திரனை $u\,d\,d$ எனவும் நினைவில் வையுங்கள். up $+\dfrac{2}{3}e$, down $-\dfrac{1}{3}e$.

சரிபார்க்க: $u\,u\,d$ கூட்டினால் $+e$, $u\,d\,d$ கூட்டினால் $0$.

பரீட்சைக் குறிப்பு