Kernfysica (Keuze SE) PDF

# Kern- en deeltjesfysica (keuze SE) ## Inhoud **14.1 Deeltjesreacties en behoudswetten** - hoe atomen en subatomaire deeltjes zijn ontdekt - hoe de eigenschappen van atomen en subatomaire deeltjes worden onderzocht - hoe behoudswetten en symmetrieën worden gebruikt bij dit onderzoek - wat het ver...

# Kern- en deeltjesfysica (keuze SE) ## Inhoud **14.1 Deeltjesreacties en behoudswetten** - hoe atomen en subatomaire deeltjes zijn ontdekt - hoe de eigenschappen van atomen en subatomaire deeltjes worden onderzocht - hoe behoudswetten en symmetrieën worden gebruikt bij dit onderzoek - wat het verband is tussen massa en energie - wat het standaardmodel van de materie is - dat quarks en leptonen volgens het standaardmodel de kleinste deeltjes zijn - dat er donkere materie en donkere energie bestaan, maar dat we niet weten waar die uit bestaan **14.2 Massa en energie** - massa is een vorm van energie - bij kernreacties wordt relatief veel massa in energie omgezet, of andersom - massa en energie kunnen via $E = mc^2$ met elkaar worden vergeleken **14.3 Subatomaire deeltjes** - atomen zijn deelbaar - deeltjes kleiner dan het atoom noem je subatomaire deeltjes - atoomkernen bestaan uit protonen en neutronen **14.4 Onderzoeksmethoden** - kernonderzoek - kernreacties - kernspectra **14.5 Drie symmetrieën:** - symmetrieën in deeltjesfysica - reactiediagrammen - symmetrie **14.6 Het standaardmodel** - samengestelde deeltjes - drie generaties leptonen en quarks - drie generaties leptonen - drie generaties quarks ## Toepassing - **Opgave 1 Supernova** - **Opgave 2 Antares** - **Opgave 3 Op zoek naar de Higgs** ## Samenvatting - **Impuls, massa en energie** - **Onderzoek** - **Diagrammen** ## Proefwerkopgaven - **Maak de online oefentoets.** - **Opgave 1** - **Opgave 2** - **Opgave 3** ## Opgaven met Supernova - Beschrijf een supernova. - Beschrijf hoe energie vrijkomt bij de vorming van een supernova. - Bereken de druk op de kern van Rigel-A. - Teken het reactiediagram van de elektronvangst door een proton. - Bereken hoeveel energie het elektron minimaal moet hebben om de vorming van ijzer-59 uit kobalt-59 tot stand te brengen. - Leg uit waardoor een groot deel van de energie die bij de elektronverval- en elektronvangstreacties vrijkomt direct uit de ster kan ontsnappen. ## Antares: - Beschrijf een neutrino. - Wat is de beste manier om neutrino's te detecteren? - Wat is het voordeel van het gebruik van een neutrinodetector in diepe zee? - Leg uit waarom de detectoren naar beneden gericht staan. - Bereken de lichtsnelheid in water. ## Opgave 3 Op zoek naar de Higgs - Bereken de massa van het Higgs-deeltje in kg. - Leg met behulp van figuur 14.54 uit of het deeltje een muon of een anti-muon is. - Leg uit welke banen in figuur 14.55 de juiste is. - Toon aan dat het deel van de formule links het =-teken dezelfde eenheid heeft als het deel rechts. - Leg voor beide oorzaken uit of ze de grotere straal van de cirkelbaan kunnen verklaren. - Maak hiermee een statting van de massa van het Higgs-deeltje. - Vergelijk je uitkomst van vraag 16 met het antwoord op vraag 11 en concludeer of deze waarneming de hypothese van een Higgs-deeltje met een massa van 125 GeV/c² ondersteunt. ## Opgaven met Kernenergie - Beschrijf hoe een kernreactie plaatsvindt. - Leg het verschil uit tussen α-verval & β-verval. - Wat zijn de voordelen & nadelen van kernenergie? ## Opgaven met Deeltjesbundels en Opslagringen - Leg uit waarvoor een versneller gebruikt wordt bij het bestuderen van kernspectra. - Leg uit hoe de proef van Rutherford heeft geleid tot de ontdekking van de atoomkern. - Bereken met behulp van γ=E/mc^2 hoeveel procent van de lichtsnelheid de elektronen hiermee bereikten. - Bereken hoeveel keer per seconde een elektron hetzelfde punt in de tunnel passeerde. - Leg uit waarom het deeltje een halve periode nodig heeft om één buisje verder op te schuiven. - Wat moet steeds langer worden: de buisjes, de tussenruimte of allebei? ## Opgaven met Detectoren - Leg uit hoe de detectoren werken. - Beschrijf de werking van een bellenvat. ## Opgaven met Symmetrie - Teken het reactiediagram Aº → p⁺ + π¯. - Bereken de gezamenlijke kinetische energie van het proton en het pion. - Geef het totale reactiediagram Aº → π⁺ + π¯. - Geef de reactievergelijking n + p⁺ → p⁺ + π¯ + p⁺ → p⁺ + n - Maak een reactiediagram van elektronannihilatie. ## Opgaven met Het Standaardmodel - Leg uit hoeveel baryonen je kunt maken met deze quarks als je alleen rekening houdt met de quarksamenstelling. - Leg uit hoeveel mesonen je kunt maken met deze quarks, als je alleen rekening houdt met de quarksamenstelling. - Leg met behulp van behoudswetten uit of de volgende reacties mogelijk zijn. - u + e⁺ → Ve - π⁺ → e⁺ + Ve - p¯ + π° → π¯ + μ⁺ - Schrijf de reactievergelijking voor verval van het neutron op, waarbij je rekening houdt met baryonbehoud en leptonbehoud (zonder vermelding van quarks). - Leg uit dat het baryongetal hetzelfde is als 3x het quarkgetal. - Leg uit dat het baryongetal van een kern hetzelfde is als het massagetal. - Leg uit waarom het π° niet kan vervallen naar een enkel foton. ## Opgaven met Wisselwerkingen - Leg uit hoe de sterke kracht werkt. - Leg uit hoe de zwakke kracht werkt. - Leg uit hoe de elektromagnetische kracht werkt. - Leid uit de reactie voor ẞ-verval een andere reactie af, waarin neutrino's reageren met normale materie. - Leg uit of, en via welke tussenstappen, de volgende reacties kunnen verlopen via de sterke en/of de zwakke en/of de elektromagnetische wisselwerking. - Δ⁺ → η + μ⁺ + Vμ - Λº → π⁺ + π¯ - Σ⁺ → p⁺ + πº + μ- - n + π⁺ → p⁺ + πº - Leg uit dat het W-deeltje een lading moet hebben. - Maak de opdrachten op het werkblad behoudswetten en symmetrieën. - Leg uit dat diagram 14.50 inderdaad een meer gedetailleerde versie te zien geeft van diagram 14.49.