The psi^prime meson, at 3686 MeV / c^2, has the same quark content as the psi(viz c barc ). Its principal decay mode is psi^prime psi+pi^++pi^-. Is this a strong interaction? Is it OZI suppressed? What lifetime would you expect for the psi^prime ? (The observed value is 3 times 10^-21 sec.)

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre o méson psi^prime, que tem uma massa de 3686 MeV/c^2 e é composto por um par de quarks charm ( c barc), igual ao méson psi. A principal forma de decaimento desse psi^prime é para psi + pi^+ + pi^-. Vamos precisar entender interações fortes, a Supressão de OZI e como isso influencia o tempo de vida do psi^prime. Então, vamos resolver passo a passo!

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é uma interação forte. Na física de partículas, as interações fortes são responsáveis por manter os quarks unidos dentro dos prótons, nêutrons e outros hádrons. Elas têm uma alta taxa de decaimento e são caracterizadas por tempos de vida muito curtos, da ordem de 10^-23 a 10^-24 segundos. Vamos verificar se o decaimento do psi^prime ocorre via interação forte.

Passo 3

Para isso, observamos que o decaimento principal é psi^prime psi + pi^+ + pi^-. Como tanto o psi^prime quanto o psi são compostos por quarks charm ( c barc), e os píons são compostos por quarks leves (up e down), a transferência de quarks leves sugere que o decaimento pode ocorrer via interação forte, já que não há necessidade de envolver interações fracas ou eletromagnéticas. Portanto, esse decaimento é uma interação forte.

Passo 4

Agora, vamos falar sobre a Supressão de OZI (Omnès, Zweig e Iizuka). A Regra de OZI afirma que processos onde há desconexão de linhas de quarks (ou seja, onde os quarks da partícula inicial não se conectam diretamente aos quarks da partícula final) são suprimidos. No decaimento psi^prime psi + pi^+ + pi^-, os quarks charm do psi^prime permanecem no psi, e os quarks leves formam os píons sem desconexão, então não há Supressão de OZI. Portanto, esse decaimento não é OZI suprimido.

Passo 5

Por último, vamos estimar o tempo de vida esperado para o psi^prime. Sabemos que interações fortes têm tempos de vida muito curtos, típicos de 10^-23 a 10^-24 segundos. Como o decaimento ocorre via interação forte e não está suprimido pela regra de OZI, esperamos que o tempo de vida do psi^prime seja nessa faixa.

Resposta

Com base nos passos anteriores, concluímos que:
  1. O decaimento psi^prime psi + pi^+ + pi^- ocorre via interação forte.
  2. Esse decaimento não é suprimido pela regra de OZI.
  3. Portanto, esperamos que o tempo de vida do psi^prime seja da ordem de 10^-23 a 10^-24 segundos.
Observando o valor experimental de 3 times 10^-21 segundos, percebemos que é um pouco maior do que o esperado para interações fortes, possivelmente devido a outros fatores envolvendo a dinâmica do decaimento.

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