原子（知識）の問題

陽子や中性子は、それ以上分割できないと考えられているさらに小さな粒子が 3 個集まってできている。この粒子は全部で 6 種類が知られており、その電荷は電気素量 $e$ の $+\frac{2}{3}$ 倍または $-\frac{1}{3}$ 倍である。また、この粒子は強い力（核力のもとになる力）を受け、単独で取り出すことはできない。

このような素粒子を何というか。カタカナで答えよ。

素粒子の分類と、自然界の 4 つの基本的な力（重力・電磁気力・強い力・弱い力）について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、陽子は u クォーク（アップクォーク）2 個と d クォーク（ダウンクォーク）1 個から、中性子は u クォーク 1 個と d クォーク 2 個からなるものとする。

• ア　電子やニュートリノはレプトンに分類され、原子核の中で陽子や中性子を結びつけている強い力を受ける。
• イ　陽子や中性子のように、3 個のクォークが結びついてできている粒子は、ハドロンのうちの中間子に分類される。
• ウ　4 つの基本的な力のうち、力のおよぶ距離が原子核の大きさ程度以下に限られているのは、重力と電磁気力である。
• エ　陽子と中性子の電荷が異なるのは、中性子が陽子と電子 1 個ずつが結びついてできた複合粒子だからである。
• オ　原子核の ${\beta }^{-}$ 崩壊は、中性子に含まれる d クォーク 1 個が u クォークに変わることで起こり、この変化を引き起こすのは弱い力である。

現在の素粒子の考え方では、物質をつくる基本的な粒子は、クォークとレプトンの 2 つのグループに分けられる。次のア〜オの粒子のうち、レプトンに分類される素粒子であるものを、すべて選べ。

• ア　陽子
• イ　電子
• ウ　u クォーク（アップクォーク）
• エ　ニュートリノ
• オ　中性子

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

「β 崩壊では、原子核の中の中性子 1 個が陽子 1 個に変わり、このとき電子が β 線として原子核の外に放出される。そのため、β 崩壊によって原子核の原子番号は　a　、質量数は　b　。」

原子核の結合エネルギーと、それにもとづく核分裂・核融合について述べた次の文ア〜オのうち、正しいものをすべて選べ。ただし、真空中の光の速さを $c$ とする。

• ア　原子核の結合エネルギーは、原子核をばらばらの陽子と中性子に分けるために必要なエネルギーであり、質量欠損を $\Delta m$ とすると $\Delta m{c}^2$ と表される。
• イ　核子 1 個あたりの結合エネルギーは、質量数が大きい原子核ほど常に大きい。
• ウ　核子 1 個あたりの結合エネルギーが大きい原子核ほど、安定である。
• エ　ウランのような質量数の大きい原子核が核分裂すると、核子 1 個あたりの結合エネルギーがもとの原子核より小さい原子核ができる。
• オ　水素のような質量数の小さい原子核どうしが核融合すると、反応後の原子核の質量の和は反応前の質量の和より小さくなり、その差に相当するエネルギーが放出される。