The
was discovered in 1983 at CERN, using proton/antiproton scattering:
where
represents one or more particles. What is the most likely
, for this process? Draw a Feynman diagram for your reaction, and explain why your
is more probable than the various alternatives.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me passou um exercício sobre a descoberta do bóson
no CERN, usando a colisão entre prótons e antiprótons. A questão pede para a gente descobrir qual é a partícula
mais provável nesse processo
, além de desenhar um diagrama de Feynman e explicar por que essa
é mais provável que outras alternativas. Vamos usar conceitos de física de partículas, como interações elementares e conservação de cargas, pra resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que está acontecendo na reação
. Temos um próton (
) colidindo com um antipróton (
). Quando essas partículas se chocam com bastante energia, podem se transformar em outras partículas, como o
, que é um dos bosons carregados responsáveis pelas interações fracas.
Passo 3
Agora, precisamos descobrir qual é a partícula
mais provável que acompanha o
nessa reação. Para isso, vamos pensar nas partículas que podem ser produzidas junto com o
mantendo as leis de conservação, como conservação de carga, momento e outras quantidades.
Passo 4
Sabemos que o próton é composto por dois quarks “up” (
) e um quark “down” (
), ou seja,
. O antipróton, sendo a antipartícula do próton, é composto por dois anti-quarks “up” (
) e um anti-quark “down” (
), ou seja,
.
Passo 5
Quando o próton e o antipróton colidem, seus quarks e anti-quarks interagem. Uma das possibilidades é que um quark “up” (
) do próton e um anti-quark “down” (
) do antipróton se aniquilem para formar o
. Isso deixa os outros quarks e anti-quarks para formar a partícula
.
Passo 6
Após a aniquilação
, restam um quark “up” (
) e um anti-quark “up” (
). A combinação
pode formar um méson como o píon neutro (
), que é uma opção comum.
Passo 7
Então, a partícula
mais provável nesse processo é o píon neutro (
). Essa escolha é baseada na facilidade de formação a partir dos quarks residuais e na conservação das leis de interação.
Passo 8
Agora, vamos falar sobre o diagrama de Feynman para essa reação. Imagine um próton e um antipróton se aproximando. Um dos quarks “up” do próton e um anti-quark “down” do antipróton trocam uma linha interna que representa o
. Após essa troca, o
é emitido, e os quarks restantes (um “up” e um anti-“up”) formam o
.
Passo 9
Por que o
é mais provável do que outras partículas
? Porque a formação do
respeita as leis de conservação e envolve a menor quantidade de energia possível. Outras alternativas poderiam envolver partículas mais pesadas ou processos menos prováveis, tornando o
a escolha mais favorável.
Resposta
A partícula
mais provável nesse processo é o píon neutro (
). O diagrama de Feynman envolve a aniquilação de um quark “up” e um anti-quark “down” formando o
, enquanto os quarks remanescentes se combinam para formar o
. Essa configuração é mais provável porque respeita as leis de conservação e utiliza as partículas mais leves e estáveis possíveis.