Which decay of the meson is most likely,
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 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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