1. Electric Charges and Fields
medium

अब ऐसा विश्वास किया जाता है कि स्वयं प्रोटोन एवं न्यूट्रॉन ( जो सामान्य द्रव्य के नाभिकों का निर्माण करते हैं) और अधिक मूल इकाइयों जिन्हें  कवार्क कहते हैं, के बने हैं। प्रत्येक प्रोटोन तथा न्युट्रोन तीन कवाकों से मिलकर बनता है। दो प्रकार के कवार्क होते हैं : 'अप' कवार्क ( $u$ द्वार निर्दिष्ट) जिन पर $+(2 / 3) e$ आवेश तथा 'डाउन' कवार्क ( $d$ द्वारा निर्दिष्ट) जिन पर $(-1 / 3)$ आवेश होता है, इलेक्ट्रॉन से मिलकर सामान्य द्रब्य बनाते हैं। (कुछ अन्य प्रकार के कवार्क भी पाए गए हैं जो भिन्न असामान्य प्रकार का द्रव्य बनाते हैं।) प्रोटॉन तथा न्यूट्रोन के संभावित कवार्क संघटन सुझाइए।

Option A
Option B
Option C
Option D

Solution

A proton has three quarks. Let there be n up quarks in a proton, each having a charge of $(+2 / 3)e$.

Charge due to $n$ up quarks $=\left(\frac{2}{3} e\right) n$

Number of down quarks in a proton $=3-n$

Each down quark has a charge of $-\frac{1}{3} e$

Charge due to $(3- n )$ down quarks $=\left(-\frac{1}{3} e\right)(3-n)$

Total charge on a proton $=+e$

$\therefore e=\left(\frac{2}{3} e\right) n+\left(-\frac{1}{3} e\right)(3-n)$

$\Rightarrow e=\frac{2 n e}{3}-e+\frac{n e}{3}$$\Rightarrow 2 e=n e \Rightarrow n=2$

Number of up quarks in a proton, $n=2$ Number of down quarks in a proton $=3-n=3-2=1$

Therefore, a proton can be represented as '$uud$'.

A neutron also has three quarks. Let there be $n$ up quarks in a neutron.

Charge on a neutron due to $n$ up quarks $=\left(+\frac{2}{3} e\right) n$

Number of down quarks is $3-n$, and each having a charge of $-\frac{1}{3} e$.

Charge on a neutron due to $(3-n)$ down quarks $=\left(-\frac{1}{3} e\right)(3-n)$

Total charge on a neutron $=0$

$\therefore 0=\left(\frac{2}{3} e\right) n+\left(-\frac{1}{3} e\right)(3-n)$

$\Rightarrow 0=\frac{2 n e}{3}-e+\frac{n e}{3}$$\Rightarrow e=n e \Rightarrow n=1$

Number of up quarks in a neutron, $n=1$ Number of down quarks in a neutron $=3-n=2$ Therefore, a neutron can be represented as '$udd$'.

Standard 12
Physics

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