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Fisica 3° · Bgu 3 Fisica 2024 · 2024
Libro de Física 3 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

250/272

Actividades TEMA 20: Ejercicio 4 — Leptones: decaimiento (π⁰→μ⁻+e⁺+νμ) y (n→p+e⁻), leyes de conservación violadas. Ejercicio 5 — Espín del barión Ω⁻ (espín 3/2): número de estados posibles

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 3° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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La respuesta correcta es ii) Cuatro posibles estados de espín. (no tres, no ninguna de las opciones)

📚 exercise fisica ⭐⭐⭐⭐⭐ Dificultad 5/5 ⏱ 1 min lectura

Solución — Página 250

Fisica 3° · Bgu 3 Fisica 2024 · 2024

1
Ejercicio 1

4a-vi) Establecer posible solución para el decaimiento π⁰→μ⁻+e⁺+νμ para obedecer las leyes leptónicas.

Ejemplo 1

5a) Partícula Ω⁻: barión con espín s=3/2. ¿Cuántos estados posibles de espín tiene en un campo magnético?

Ejemplo 2

4a-i) ¿Se viola la conservación de energía en π⁰→μ⁻+e⁺+νμ?

Resultado: La conservación de energía SÍ se obedece en este decaimiento (Q>0).

Ejemplo 3

4a-iii) ¿Se viola el número leptónico electrónico en π⁰→μ⁻+e⁺+νμ?

Resultado: SÍ se viola la conservación del número leptónico electrónico (ΔL_e=-1).

Ejemplo 4

4a-iv) ¿Se viola el número leptónico muónico en π⁰→μ⁻+e⁺+νμ?

Resultado: SÍ se viola la conservación del número leptónico muónico (ΔL_μ=+2).

Tablas

Ley π⁰→μ⁻+e⁺+νμ n→p+e⁻
Conservación de energía Se cumple (Q=28.8 MeV) Se cumple (Q=0.78 MeV)
Momento angular Verificar espines Verificar espines
L_e (electrónico) VIOLA (ΔL_e=-1) VIOLA: e⁻ sin ν̄_e (ΔL_e=+1)
L_μ (muónico) VIOLA (ΔL_μ=+2) Se cumple (0→0)
L_τ (tauónico) Se cumple (0→0) Se cumple (0→0)
Afirmación sobre Ω⁻ (s=3/2) ¿Se cumple?
i) Tres estados posibles NO (son 4: m_s=-3/2,-1/2,+1/2,+3/2)
ii) Cuatro posibles estados SÍ (2s+1=4) ✓
iii) Tres veces la carga de espín 1/2 NO (la carga es independiente del espín)
iv) Tres veces la masa de espín 1/2 NO (la masa es independiente del espín)
v) Ninguna de las opciones NO (la opción ii es correcta)
Respuesta

La respuesta correcta es ii) Cuatro posibles estados de espín. (no tres, no ninguna de las opciones)

Contenido de la página

ACTIVIDADES

4. Resuelvo en una hoja aparte, las siguientes actividades sobre los leptones:

a) Si se considera el decaimiento:

\left(\pi^0 \rightarrow \mu^- + e^+ + V_{\mu}\right); \left(n \rightarrow p + e^-\right)

i) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a energía?

ii) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a cantidad de movimiento angular?

iii) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a número leptónico electrónico?

iv) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a número leptónico muon?

v) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a número leptónico tau?

vi) Establezco una posible solución para el decaimiento a fin de obedecer las leyes para los leptones.


5. Resuelvo las siguientes actividades sobre el espín:

a) Con base en la afirmación mostrada anteriormente, argumento si lo siguiente se cumple o no para el barión.

La partícula Ω⁻: es un barión con espín 3/2

i) Tres estados posibles de espín en un campo magnético.

[Cuadro de respuesta en blanco]

ii) Cuatro posibles estados de espín.

[Cuadro de respuesta en blanco]

iii) Tres veces la carga de una partícula de espín 1/2.

[Cuadro de respuesta en blanco]

iv) Tres veces la masa de una partícula de espín 1/2.

[Cuadro de respuesta en blanco]

v) Ninguna de las opciones.

[Cuadro de respuesta en blanco]

Tablas (2)

Ley π⁰→μ⁻+e⁺+νμ n→p+e⁻
Conservación de energía Se cumple (Q=28.8 MeV) Se cumple (Q=0.78 MeV)
Momento angular Verificar espines Verificar espines
L_e (electrónico) VIOLA (ΔL_e=-1) VIOLA: e⁻ sin ν̄_e (ΔL_e=+1)
L_μ (muónico) VIOLA (ΔL_μ=+2) Se cumple (0→0)
L_τ (tauónico) Se cumple (0→0) Se cumple (0→0)
Afirmación sobre Ω⁻ (s=3/2) ¿Se cumple?
i) Tres estados posibles NO (son 4: m_s=-3/2,-1/2,+1/2,+3/2)
ii) Cuatro posibles estados SÍ (2s+1=4) ✓
iii) Tres veces la carga de espín 1/2 NO (la carga es independiente del espín)
iv) Tres veces la masa de espín 1/2 NO (la masa es independiente del espín)
v) Ninguna de las opciones NO (la opción ii es correcta)

Fórmulas y ecuaciones

\text{N° estados de espín} = 2s+1

L_e(\pi^0)=0 \rightarrow L_e(\mu^-)=0, L_e(e^+)=-1, L_e(\nu_\mu)=0 \Rightarrow \Delta L_e = -1 \text{ (violado)}

L_\mu(\pi^0)=0 \rightarrow L_\mu(\mu^-)=+1, L_\mu(\nu_\mu)=+1 \Rightarrow \Delta L_\mu = +2 \text{ (violado)}

\pi^0 \rightarrow \mu^- + e^+ + V_{\mu}

n \rightarrow p + e^-

m_s = -\frac{3}{2}, -\frac{1}{2}, +\frac{1}{2}, +\frac{3}{2} \quad (\text{para espín } s=3/2)

\text{N° estados} = 2s + 1 = 2 \times \frac{3}{2} + 1 = 4

Glosario (17)

pión
muón
positrón
neutrino del muón
número leptónico
número leptónico electrónico
número leptónico muónico
número leptónico tauónico
conservación de energía
conservación del momento angular
espín
barión
Omega⁻
estados de espín
magneton
cuantización del espín
partícula de espín 3/2

Preguntas para practicar

¿Qué leyes de conservación se violan en el decaimiento π⁰→μ⁻+e⁺+νμ?

¿Cuántos estados de espín tiene una partícula con espín s=3/2?

¿Cuál es el decaimiento real del pión neutro π⁰?

¿Qué es el número leptónico y por qué se conserva?

¿Cómo se corrige el decaimiento del pión para que conserve el número leptónico?

Temas y conceptos clave

LeptonesNúmero leptónicoDecaimiento del piónDecaimiento del neutrónLeyes de conservación en física de partículasConservación de cargaConservación de número leptónico electrónicoConservación de número leptónico muónicoConservación de número leptónico tauónicoEspínEstados de espínBarión Ω⁻Partícula Omegaπ⁰muónpositrónneutrino del muonneutronprotónelectrónnúmero leptónico electróniconúmero leptónico muóniconúmero leptónico tauónicoconservación de energíaconservación de momento angularbarión Omega⁻espín 3/2estados de espínm_s = -3/2, -1/2, +1/2, +3/22s+1 estadosleyes de conservación violadas
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  1. Resuelvo en una hoja aparte, las siguientes actividades sobre los leptones:

a) Si se considera el decaimiento.

(1 > uy +e* +V,);(n>p+e)

i) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a energía?

ii) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a cantidad de movimiento angular?

iii) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a número leptónico electrónico?

iv) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a número leptónico muon?

v) Indico ¿qué leyes de conservación no se obedecen en este decaimiento, en cuanto a número leptónico tau?

vi) Establezco una posible solución para el decaimiento a fin de obedecer las leyes para los leptones.

  1. Resuelvo las siguientes actividades sobre el espín:

a) Con base en la afirmación mostrada anteriormente, argumento si lo siguiente se cumple o no para el barión.

La partícula Q: es un barión con espín 3/2

i) Tres estados posibles de espín en un campo magnético.

( y

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