Um píon em repouso decai em um múon e em um neutrino. O múon tem um tempo de vida
, quanto ele viajará antes de se desintegrar?
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você tem um píon parado que decai em um múon e um neutrino. Nosso objetivo aqui é descobrir quão longe o múon vai viajar antes de se desintegrar. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco de física de partículas, especialmente sobre tempo de vida de partículas e como a velocidade delas influencia a distância que percorrem.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que o píon está em repouso, ou seja, não tem velocidade inicial. Quando ele decai, ele produz um múon e um neutrino. O múon terá uma certa velocidade depois da decaimento, e esse movimento é importante para determinar a distância que ele vai percorrer antes de se desintegrar.
Passo 3
O tempo de vida do múon, dado como
, é o tempo médio que ele leva para se desintegrar no próprio referencial. Porém, como o múon está em movimento no referencial do laboratório (onde o píon estava inicialmente em repouso), precisamos considerar a dilatação do tempo da relatividade especial. A fórmula para o tempo de vida observado no laboratório é:
onde
é o fator de Lorentz, dado por:
Aqui,
é a velocidade do múon e
é a velocidade da luz.
Passo 4
Para encontrar a velocidade
do múon, precisamos analisar a conservação de momento na decaimento do píon. Como o píon está em repouso, o momento total antes da decaída é zero. Assim, o momento do múon deve ser igual e oposto ao momento do neutrino:
Sabemos que a energia total é conservada, então podemos relacionar as energias dos produtos da decaída.
Passo 5
Após calcular a velocidade
do múon usando conservação de energia e momento, podemos então usar a fórmula da distância percorrida:
Isso nos dará a distância que o múon viajará antes de se desintegrar no referencial do laboratório.
Resposta
Portanto, a distância que o múon viajará antes de se desintegrar é dada por
, onde
é a velocidade do múon e
é o fator de Lorentz correspondente.
Exercícios relacionados
O tempo de vida média de um méson-
carregado em repouso é
. Um feixe monoenergético de mésons-
relativísticos, produzido por um acelerador de partículas, viaja 10 m , e neste processo
dos píons decaem. Calcule o momento e a energia cinética dos píons.
Dois pedaços de argila, cada um com massa
, colidem frontalmente com velocidades
e formam uma massa
em repouso. Determine
.
Suponha que duas partículas idênticas de massa
e energia cinética
colidam frontalmente. Qual a energia cinética relativa entre eles,
(i.e., a energia cinética de um no referencial em que o outro está em repouso)?
Uma partícula de massa
e velocidade
, e um fóton de frequência
, se movem formando um ângulo de
com a horizontal (um indo de encontro ao outro). Após colidirem, eles produzem um fóton que se move na direção vertical e uma massa
se movendo para a direita. Calcule
.