Which decay of the D^0(c baru) meson is most likely,
D^0 K^-+pi^+, D^0 pi^-+pi^+, or D^0 K^++pi^-
Which is least likely? Draw the Feynman diagrams, explain your answer and check the experimental data. (One of the successful predictions of the Cabibbo/GIM/KM model was that charmed mesons should decay preferentially into strange mesons, even though energetically the 2 pi mode is favored.)

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente analisar as possíveis decaídas do méson e determinar qual delas é a mais provável e qual é a menos provável. Estamos lidando com o modelo de decaimento de mésons charm, que envolve conceitos de física de partículas, como o Modelo de Modelo de Kobayashi-Maskawa (KM) e o mecanismo de Cabibbo. Para resolver isso, vamos precisar entender como estas decaídas acontecem e quais fatores influenciam a probabilidade de cada uma.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as três decaídas possíveis do :
Aqui, representa um méson kaon e representa um pêrion (pion). Cada uma dessas decaídas envolve a transformação dos quarks presentes no via interações fracas.

Passo 3

Vamos relembrar que o tem a composição de quarks (charm e anti-up). Decaimentos de mésons charm geralmente envolvem a transformação do quark charm ( ) em outros quarks via interação fraca, emitindo bosons intermediários.
O mecanismo de Cabibbo nos ajuda a entender a probabilidade dessas transformações, introduzindo um fator de mistura chamado ângulo de Cabibbo, que determina a supressão ou favorecimento de certas decaídas.

Passo 4

Vamos analisar cada decaída:
    • Transformação de quarks: , onde o decai em .
    • Resultado final: (que forma ) e (que forma ).
    • Fator de Cabibbo: Favorecida, já que envolve uma transição com menor supressão.
    • Transformação de quarks: , onde o decai em .
    • Resultado final: (que forma ) e (que forma ).
    • Fator de Cabibbo: Menos favorecida, pois envolve uma transição , que é mais suprimida pelo ângulo de Cabibbo.
    • Transformação de quarks: Isso exige uma transformação , que não é permitida diretamente no Modelo KM.
    • Resultado final: (que não forma nenhum méson conhecido) e (que forma ).
    • Fator de Cabibbo: Altamente suprimida e praticamente proibida.

Passo 5

Para visualizar essas decaídas, podemos imaginar os diagramas de Feynman:
    • O quark emite um e se transforma em um quark .
    • O se desfaz em e .
    • Resultando em ( ) e ( ).
    • O quark emite um e se transforma em um quark .
    • O se desfaz em e .
    • Resultando em ( ) e ( ).
    • Não há um diagrama de Feynman válido no Modelo KM para essa decaída, tornando-a extremamente improvável.

Passo 6

Agora, vamos verificar os dados experimentais. De fato, experimentos mostram que a decaída é a mais comum, confirmando a previsão do modelo KM de que mésons charm preferem decair em mésons estranhos. As decaídas ocorrem, mas com menor frequência, e a decaída é praticamente inexistente devido à sua alta supressão.

Resposta

A decaída mais provável do é , enquanto a menos provável é .

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