Тема 13: Структуры микромира

1.Не очень сильно, всего в несколько раз, различаются размеры атомов и …

неорганических молекул

атомных ядер

молекул биополимеров

электронов

Решение:

Различие размеров атомов и неорганических молекул невелико: ведь в состав последних входит всего несколько тесно прилегающих друг к другу атомов. А вот размеры атома, определяемые радиусом его электронных оболочек, в сотни тысяч раз больше размеров атомного ядра. В состав молекул биополимеров могут входить десятки тысяч атомов (белки) или даже миллионы атомов (ДНК), так что различие в размерах становится уже существенным. Электрон же, по современным представлениям, относится к фундаментальным частицам, то есть таким, которые во всех взаимодействиях ведут себя как точечные бесструктурные образования. Поэтому можно сказать, что размеры электрона неизмеримо меньше размера атома.

2. Частицами-переносчиками известных в настоящее время фундаментальных взаимодействий служат только …

гравитоны, фотоны, глюоны и промежуточные векторные бозоны

электроны и фотоны

протоны, нейтроны, резонансы

мезоны, барионы, лептоны, кварки и нейтрино

Решение:

Фундаментальных взаимодействий в настоящее время известно четыре, соответственно должно быть четыре группы частиц-переносчиков. Кроме того, все частицы-переносчики должны быть бозонами, то есть иметь целочисленное значение спина. Этим условиям отвечает только ряд, начинающийся с гравитонов (само название которых подсказывает, что они ответственны за перенос гравитационного взаимодействия).

3. К числу объектов микромира, стабильность которых обеспечивается сильным взаимодействием, относится …

атомное ядро

электрон

атом

молекула

Решение:

Электрон относится к группе лептонов – элементарных частиц, которые вообще не способны к сильному взаимодействию. Атомы и молекулы состоят из атомных ядер и электронов, их стабильность обеспечивается взаимным притяжением положительно заряженных ядер и отрицательно заряженных электронов, то есть электромагнитным взаимодействием. А вот удержание протонов и нейтронов в составе атомного ядра обеспечивается сильным взаимодействием между ними.

4. К числу критериев классификации элементарных частиц относятся …

спин, заряд, масса

массовое число, зарядовое число, номер в периодической таблице

размеры, форма, наличие липидной оболочки

состав, строение, реакционная способность

Решение:

Элементарные частицы классифицируются, в основном, по свойственным им квантовым числам – таким характеристикам, которые могут принимать лишь некоторые дискретные значения. Примером является спин (по его значению все частицы делятся на фермионы и бозоны), электрический заряд и некоторые другие виды зарядов (лептонный, барионный, цветовой). Важной характеристикой, не являющейся квантовым числом, служит масса (покоя) частицы. Составные частицы также могут классифицироваться по количеству и природе их составляющих: например, частицы, состоящие из двух кварков, называют мезонами, а из трех кварков – барионами. Размеры и, тем более, форма элементарных частиц не являются удобными характеристиками, тем более, что для многих элементарных частиц, относящихся к группе фундаментальных, понятия размера и формы просто не имеют смысла. Массовое и зарядовое числа – это характеристики атомных ядер, номер в периодической таблице – химических элементов, реакционная способность – химических веществ, липидная оболочка – атрибут живых клеток.

5. Распад свободного нейтрона на электрон и антипротон запрещен законом …

сохранения электрического заряда

единства и борьбы противоположностей

сохранения энергии

сохранения массы

Решение:

Антипротон имеет электрический заряд, противоположный заряду протона, поэтому такой распад нарушал бы, как минимум, закон сохранения электрического заряда.

6. Нестабильной частицей, самопроизвольно распадающейся на другие частицы, является свободный …

нейтрон

протон

электрон

фотон

Решение:

Свободный нейтрон в среднем через 15 минут распадается на протон, электрон и электронное антинейтрино.

7. К числу гипотетических элементарных частиц, то есть предсказанных теорией, но пока еще не обнаруженных экспериментами и наблюдениями, относятся …

гравитон и бозон Хиггса

гравитон и кварки

кварки и нейтрино

нейтрино и бозон Хиггса

Решение:

Гравитон – квант гравитационного поля, переносчик гравитационного взаимодействия, – действительно не обнаружен экспериментально и не скоро будет обнаружен, поскольку для того, чтобы проявились квантовые свойства гравитационного поля, необходимы чудовищные условия, которые имели место разве что на заре существования Вселенной. Более актуален вопрос о существовании бозона Хиггса – гипотетической частицы, которая ответственна за появление масс у элементарных частиц, которые эту массу имеют. Именно с целью поисков бозона Хиггса были потрачены миллиарды на строительство новых мощных ускорителей элементарных частиц в Европе и США. Что же касается кварков и нейтрино, то эти частицы также вначале были предсказаны сугубо теоретически, и лишь спустя много лет их существование подтвердилось эмпирическими методами.

8. Очень существенно, в десятки и сотни тысяч раз, различаются размеры …

атомов и атомных ядер

атомов и неорганических молекул

разных неорганических молекул

атомных ядер и протонов

Решение:

Атомное ядро представляет собой образование из нескольких сотен (максимум) вплотную прилегающих друг к другу протонов и нейтронов. Поэтому его размеры не более чем в несколько раз превышают размеры отдельного протона или нейтрона. По аналогичным соображениям невелико различие размеров атомов и неорганических молекул: ведь в состав последних входит небольшое число тесно прилегающих друг к другу атомов. Понятно, что различие размеров между разными неорганическими молекулами еще меньше. А вот размеры атома, определяемые радиусом его электронных оболочек, действительно, на много порядков больше размеров атомного ядра.