欧洲大型强子对撞机(Large Hadron Collider)简称LHC,于2009年9月重新启动,这将有望揭露自然界最基本的秘密.LHC位于瑞士、法国边境地区的地下100m深的坏形隧道中,周长26.659km(约27km).在LHC进行的质子-质子碰撞中,每个质子的能量为7TeV(7×1012eV).
(1)目前认为,质子是由u夸克和d夸克组成,u夸克带电量为
2
3
e
,d夸克带电量为-
1
3
e
,e为元电荷.则质子有
2
2
个u夸克和
1
1
个d夸克组成.
(2)LHC能把数以百万计的质子加速到接近光速(光速的99.99%).这些接近光速的质子对撞后,会创造出1百多亿年前与宇宙大爆炸之后万亿分之一秒时的状态类似的条件,科学家期望能从中发现“反物质”以及占宇宙质量96%的暗物质和暗能量的踪迹,从而揭开宇宙起源之谜.反物质是由反粒子组成,若有反α粒子,则它的质量数为
4
4
,电荷数为
-2
-2

(3)假设科学家发现了某种反粒子,采用如图的装置来测定这种反粒子的比荷(电荷量与质量之比),真空管内的K发出的反粒子(不计初速、重力和粒子间的相互作用)经加速电压加速后,穿过A'中心的小孔沿中心轴O1O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P'间的区域.当极板间不加偏转电压时,反粒子束打在荧光屏的中心O点处,形成了一个亮点;加上偏转电压U后,亮点偏离到O'点,O'与O点的竖直间距为d,水平间距可忽略不计.此时,在P和P'间的区域,再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场.调节磁场的强弱,当磁感应强度的大小为B时,亮点重新回到O点.已知极板水平方向的长度为L1,极板间距为b,极板右端到荧光屏的距离为L2(如图所示).
①求打在荧光屏O点的反粒子速度的大小.
②推导出反粒子的比荷的表达式.
C. (选修模块3-5)
(1)因发现CP对称性破缺的日本科学家小林及益川,被授予2008年诺贝尔物理学奖.他们发现组成物质结构的夸克,如果自然界中至少存在三代,每代两种,及六种夸克(u、d;c、s;t、b),那么它们的混合就可以导致CP对称性破缺.夸克具有分数电荷,所有的重子如中子(udd)、质子都是由三个夸克组成的,反重子则由相应的反夸克组成.每种反粒子和与它相应的粒子有相同的质量、电量,但是电性相反.已知反d夸克带电量为
1
3
e(以电子电荷量e作为基本电荷),则下列说法正确的是
A.u夸克带电量为
2
3
e
B.一个质子应由两个u夸克和一个反d夸克组成
C.一个反质子由一个u夸克和一个d夸克组成
D.一个反质子由两个反u夸克和一个反d夸克组成
(2)目前,在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装修材料,这些岩石都不同程度地含有放射性元素,比如,有些含有铀、钍的花岗岩等岩石会释放出放射性惰性气体氡,而氡在发生连续衰变过程中,会放出α、β、γ射线,这些射线会导致细胞发生癌变及呼吸道等方面的疾病.
①根据有关放射性知识可知,下列说法正确的是
 

A.氡的半衰期为3.8天,则若取4个氡原子核,经7.6天后就一定剩下一个氡原子核了
B.β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子所产生的
C.γ射线一般伴随着a或β射线产生,在这三种射线中,γ射线的穿透能力最强,电离能力也最强
D.发生α衰变时,新核与原来的原子核相比,中子数减少了2
②静止的氡核(
 
222
86
Rn)放出一个速度为v0的a粒子,若衰变过程中释放的核能全部转化为a粒子及反冲核的动能,已知原子质量单位为u,真空中的光速为c,试求在衰变过程中的质量亏损.(不计相对论修正,在涉及动量问题时,亏损的质量可忽略不计.)

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