Uma partícula de massa
pode se materializar a partir do nada desde que retorne ao nada dentro de um tempo
. Partículas que existem durante um intervalo de tempo maior ou igual a
são chamadas de partículas reais enquanto que partículas que duram um intervalo de tempo menor que
são chamadas de partículas virtuais.
a. Explique porque o intervalo de tempo
é usado para diferenciar as partículas reais das virtuais.
b. A massa de um píon carregado, uma partícula subatômica, é
. Qual o tempo de vida mínimo para que um píon seja considerado uma partícula real?
a. Explique porque o intervalo de tempo
b. A massa de um píon carregado, uma partícula subatômica, é
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre partículas reais e virtuais, usando conceitos de física como energia, massa e tempo. Para resolver isso, vamos precisar entender a relação entre a energia de uma partícula, sua massa e o tempo que ela pode existir segundo a equação de Heisenberg. Vamos responder as duas partes: por que usamos
para diferenciar as partículas e calcular o tempo mínimo de vida de um píon para ser considerado real.
Passo 2
Primeiro, vamos entender por que
é usado para diferenciar partículas reais de virtuais. Aqui,
é a constante de Planck,
é a massa da partícula e
é a velocidade da luz. Essa relação vem do princípio da incerteza de Heisenberg, que nos diz que não podemos conhecer simultaneamente com precisão a energia e o tempo de uma partícula. Quanto maior a massa
, menor é o tempo
que a partícula pode existir sem violar esse princípio.
Passo 3
Agora, para calcular o tempo mínimo de vida de um píon para ser considerado uma partícula real, vamos usar a fórmula
. Sabemos que:
-
(constante de Planck) -
(massa do píon) -
(velocidade da luz)
Passo 4
Vamos calcular
primeiro:
Passo 5
Agora, usando
:
Resposta
a. O intervalo de tempo
é usado para diferenciar partículas reais e virtuais porque, segundo o princípio da incerteza de Heisenberg, partículas que existem por tempos menores que
não têm energia bem definida e são consideradas virtuais. Já aquelas que duram pelo menos
têm energia definida e são partículas reais.
b. O tempo de vida mínimo para que um píon seja considerado uma partícula real é aproximadamente
segundos.