PUC-RIO – Física 4-FIS1061 – 2019.1 – P4
. O píon é uma partícula instável, com massa de repouso igual a , que é facilmente produzido nas interações de raios cósmicos atingindo a atmosfera e também em colisões produzidas em laboratório. Em um referencial , o píon é produzido na origem, se desloca com velocidade constante pelo eixo e se desintegra na posição após .
Seja agora o referencial próprio do píon, portanto aquele em que se encontra em repouso. Após ser criado, o píon se desintegra através do processo
,
ou seja, produzindo um múon , que tem massa de repouso igual a , e um
neutrino de massa nula. Aplique conservação de energia e conservação de momento para
encontrar qual é o momento do múon nesse referencial, em .
Passo 1
Vamos para mas esse problema e vamos tirar ele de letra!
O enunciado já diz para usarmos a conservação de energia e de momento e é isso que vamos fazer.
Mas antes vamos avaliar nossa situação inicial e final. O enunciado diz que o píon está em repouso, logo a energia inicial do sistema só depende da energia de repouso do píon e o momento inicial do sistema vai ser zero.
Na situação final teremos a contribuição da energia do múon e do neutrino assim como no momento final.
Para esse problema vamos usar a seguinte equação que relaciona energia e momento para resolvê-lo.
Vamos então começar a analisar as conservações.
Passo 2
Primeiro vamos ver a conservação de energia, segundo o passo , temos:
Podemos escrever da seguinte forma então:
Passo 3
Agora vamos ver a conservação do momento, temos:
Elevando os dois lados ao quadrado temos:
Multiplicando os dois lados por , ficamos com:
Com isso podemos usar aquela equação que falei no passo . Assim ficamos com:
Mas segundo o enunciado temos que , logo:
Agora usando a expressão que encontramos para na conservação de energia temos:
Passo 4
Agora para finalmente conseguirmos encontrar o momento do múon, vamos usar mais uma vez aquela equação que mostrei no passo só que agora para o múon, temos:
Vamos isolar já que é o que queremos, assim:
Substituindo o que encontramos para , temos:
Passo 5
Vamos abrir a expressão final do passo anterior então, temos:
Reagrupando o que temos, ficamos com:
Agora vamos substituir os valores que conhecemos, temos:
Com isso temos que: