歐洲大型強子對撞機(Large Hadron Collider)簡稱LHC,于2009年9月重新啟動,這將有望揭露自然界最基本的秘密.LHC位于瑞士、法國邊境地區(qū)的地下100m深的壞形隧道中,周長26.659km(約27km).在LHC進行的質(zhì)子-質(zhì)子碰撞中,每個質(zhì)子的能量為7TeV(7×10
12eV).
(1)目前認為,質(zhì)子是由u夸克和d夸克組成,u夸克帶電量為
e,d夸克帶電量為
-e,e為元電荷.則質(zhì)子有
2
2
個u夸克和
1
1
個d夸克組成.
(2)LHC能把數(shù)以百萬計的質(zhì)子加速到接近光速(光速的99.99%).這些接近光速的質(zhì)子對撞后,會創(chuàng)造出1百多億年前與宇宙大爆炸之后萬億分之一秒時的狀態(tài)類似的條件,科學家期望能從中發(fā)現(xiàn)“反物質(zhì)”以及占宇宙質(zhì)量96%的暗物質(zhì)和暗能量的蹤跡,從而揭開宇宙起源之謎.反物質(zhì)是由反粒子組成,若有反α粒子,則它的質(zhì)量數(shù)為
4
4
,電荷數(shù)為
-2
-2
.
(3)假設科學家發(fā)現(xiàn)了某種反粒子,采用如圖的裝置來測定這種反粒子的比荷(電荷量與質(zhì)量之比),真空管內(nèi)的K發(fā)出的反粒子(不計初速、重力和粒子間的相互作用)經(jīng)加速電壓加速后,穿過A'中心的小孔沿中心軸O
1O的方向進入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P'間的區(qū)域.當極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時,反粒子束打在熒光屏的中心O點處,形成了一個亮點;加上偏轉(zhuǎn)電壓U后,亮點偏離到O'點,O'與O點的豎直間距為d,水平間距可忽略不計.此時,在P和P'間的區(qū)域,再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場.調(diào)節(jié)磁場的強弱,當磁感應強度的大小為B時,亮點重新回到O點.已知極板水平方向的長度為L
1,極板間距為b,極板右端到熒光屏的距離為L
2(如圖所示).
①求打在熒光屏O點的反粒子速度的大小.
②推導出反粒子的比荷的表達式.