Capítulo 11

1

0

0

0

1 eV

El radio de la vía se reduce a la mitad.

Las partículas que colisionan tienen masa idéntica pero momentos vectoriales opuestos.

corrimiento al azul

casi igual

Fuerza nuclear fuerte: interacción entre cuarks, por intermedio de los gluones. Fuerza electromagnética: interacción entre partículas de carga, por intermedio de los fotones. Fuerza nuclear débil: interacciones entre fermiones, por intermedio de los bosones pesados. Fuerza gravitacional: interacciones entre partículas materiales (con masa), por intermedio de gravitones hipotéticos.

electrón, muon, tau; neutrino electrónico, neutrino muónico, neutrino tauónico; cuark abajo, cuark extraño, cuark inferior; cuark arriba, cuark encantado, cuark superior.

Conservación de la energía, del momento y de la carga (conocidos por la mecánica clásica y relativista). Además, la conservación del número bariónico, el número de leptones y la extrañeza, números que no cambian antes y después de una colisión o decaimiento.

Significa la teoría que requiere la ley de conservación aún no se comprende. El fracaso de una teoría establecida desde hace tiempo suele conducir a una comprensión más profunda de la naturaleza.

3 cuarks, 2 cuarks (un par cuark-anticuark)

Los bariones con la misma composición de cuarks difieren en la energía de reposo porque esta energía depende de la energía interna de los cuarks $(m=E\text{/}{c}^2)$. Así, se espera que un barión que contiene un cuark con un gran momento angular sea más masivo que el mismo barión con menos momento angular.

el "linac" para acelerar las partículas en línea recta, un sincrotrón para acelerar y almacenar las partículas en movimiento en un anillo circular, y un detector para medir los productos de las colisiones.

En un experimento de haces de colisión, la energía de las partículas que colisionan pasa a la energía de masa en reposo de la nueva partícula. En un experimento de objetivo fijo, parte de esta energía se pierde en el momento de la nueva partícula, ya que el centro de masa de las partículas que colisionan no es fijo.

El modelo estándar es un modelo de las interacciones de las partículas elementales. Este modelo contiene la teoría electrodébil y la cromodinámica cuántica (QCD). Describe la interacción de leptones y cuarks mediante el intercambio de fotones (electromagnetismo) y bosones (teoría débil), y la interacción de cuarks mediante el intercambio de gluones (QCD). Este modelo no describe las interacciones gravitacionales.

Explique las interacciones de las partículas que involucran las fuerzas nuclear fuerte, electromagnética y fuerza nuclear débil de forma unificada.

No, pero explicará por qué los bosones W y Z son masivos (ya que el Higgs "imparte" masa a estas partículas), y por tanto por qué la fuerza débil es de corto alcance.

La expansión cosmológica es una expansión del espacio. Esta expansión es diferente de la explosión de una bomba, en la que las partículas atraviesan rápidamente el espacio. Un gráfico de la velocidad de recesión de una galaxia es proporcional a su distancia. Esta velocidad se mide mediante el corrimiento al rojo de la luz estelar lejana.

Con la distancia, el brillo absoluto es el mismo, pero el brillo aparente es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia (o por la ley de Hubble la velocidad de recesión).

La expansión observada del universo y el espectro de radiación cósmica de fondo.

Si la luz se ralentiza, tarda en llegar a la Tierra más de lo esperado. Llegamos a la conclusión de que el objeto está mucho más cerca de lo que realmente está. Así, para cada velocidad de recesión (con base en la frecuencia de la luz, que suponemos no está perturbada por la ralentización), la distancia es menor que el valor "verdadero", la constante de Hubble es mayor que el valor "verdadero" y la edad del universo es menor que el valor "verdadero".

1,022 MeV

0,511 MeV, $\mathrm{2,73}\times {10}^{\mathrm{-22}}\text{kg}·\text{m}\text{/}\text{s}$, $\mathrm{1,23}\times {10}^{20}\text{Hz}$

a, b y c

a. ${\stackrel{\text{−}}{p}}_e{}^{+}ve$; b. $\stackrel{\text{−}}{p}{\pi }^{+}$ o $\stackrel{\text{−}}{p}{\pi }^0$; c. $\stackrel{\text{—}}{{\text{Ξ}}^{\text{0}}}{\pi }^0$ o $\stackrel{\text{—}}{{\Lambda }^{\text{0}}}{\text{K}}^{+}$; d. ${\mu }^{-}{\stackrel{\text{−}}{v}}_{\mu }$ o ${\pi }^{\text{−}}{\pi }^0$; e. $\stackrel{\text{−}}{p}{\pi }^0$ o $\stackrel{\text{−}}{n}{\pi }^{\text{−}}$

Un protón está formado por dos cuarks arriba y un cuark abajo. La carga total de un protón es por tanto $+\frac{2}{3}+\frac{2}{3}+\text{−}\frac{1}{3}=+1.$

Los rayos ${\text{K}}^{+}$ está compuesto por un cuark arriba y un anticuark extraño ($u\stackrel{\text{−}}{s}$). Como los cambios de este cuark y anticuark son 2e/3 y e/3, respectivamente, la carga neta del mesón ${\text{K}}^{+}$ es e, de acuerdo con su valor conocido. Dos partículas de espín $\mathrm{-1}\text{/}2$ pueden combinarse para producir una partícula con espín de 0 o 1, de acuerdo con el espín del mesón ${\text{K}}^{+}$ de 0. La extrañeza neta del cuark arriba y del anticuark extraño es $0+1=1$, de acuerdo con la extrañeza medida de ${\text{K}}^{+}$.

a. color; b. cuark-anticuark

$d\to u+e^{\text{−}}+{\stackrel{\text{−}}{v}}_e;u\to d+e^{+}+v_e$

965 GeV

Según Ejemplo 11.7,
$W=2E_{\text{haz}}=\mathrm{9,46}\text{GeV},$
$M=\mathrm{9,46}\text{GeV/}{c}^2.$
Esta es la masa del mesón upsilon (1S) observada por primera vez en el laboratorio Fermi en 1977. El mesón upsilon está formado por un cuark inferior y su antipartícula $\left(b\stackrel{\text{−}}{b}\right)$.

0,135 fm; como esta distancia es demasiado corta para hacer una pista, la presencia del $W^{\text{−}}$ debe inferirse a partir de los productos de su decaimiento.

3,33 MV

El gravitón no tiene masa, por lo que al igual que el fotón está asociado a una fuerza de alcance infinito.

67,5 MeV

a. 33,9 MeV; b. Por la conservación del momento, $\left|p_{\mu }\right|=\left|p_{\nu }\right|=p$. Por la conservación de la energía, $E_{\nu }=\mathrm{29,8}\text{MeV},E_{\mu }=\mathrm{4,1}\text{MeV}$

$\left(\mathrm{0,99}\right)(299792\text{km}\text{/}\text{s})=\left(\left(70\frac{\text{km}}{\text{s}}\right)\text{/}\text{Mpc}\right)(d),d=4.240\text{Mpc}$

$\mathrm{1,0}\times {10}^4\text{km/s de distancia de nosotros}\text{.}$

$\mathrm{2,26}\times {10}^8\text{años}$

a. $\mathrm{1,5}\times {10}^{10}\text{años}=15\text{mil millones de años}$; b. Mayor, ya que si en el pasado se movía más despacio tardaría menos en recorrer la distancia.

$v=\sqrt{\frac{GM}{r}}$

a. $\stackrel{\text{−}}{n}$; b. ${\text{K}}^{+}$; c. ${\text{K}}^{+}$; d. ${\pi }^{\text{−}}$; e. ${\stackrel{\text{−}}{\nu }}_{\tau };$ f. $e^{+}$

$\text{14,002 TeV}\approx \mathrm{14,0}\text{TeV}$

$964\text{rev/s}$

a. $H_0=\frac{\text{30 km/s}}{\text{1 Mly}}=30\text{km/s}·\text{Mly;}$ b. $H_0=\frac{15\text{km/s}}{1\text{Mly}}=15\text{km/s}·\text{Mly}$

a. $5\times {10}^{10}$; b. divida el número de partículas por el área que golpean: $5\times {10}^4\text{partículas}\text{/}{\text{m}}^2$

a. 2,01; b. $\mathrm{2,50}\times {10}^{\mathrm{-8}}\text{s}$; c. 6,50 m

$\begin{array}{}\\ \\ \hfill \frac{m{v}^2}{r}& =\hfill & \frac{GMm}{r^2}\Rightarrow \hfill \\ \\ \\ \hfill v& =\hfill & {\left(\frac{GM}{r}\right)}^{1\text{/}2}=\left[\frac{\left(\mathrm{6,67}\times {10}^{\mathrm{-11}}\text{N}·{\text{m}}^2\text{/}{\text{kg}}^2\right)\left(3\times {10}^{41}\text{kg}\right)}{\left(\text{30.000 años luz}\right)\left(\mathrm{9,46}\times {10}^{15}\text{m/ly}\right)}\right]=\mathrm{2,7}\times {10}^5\text{m/s}\hfill \end{array}$

a. 938,27 MeV; b. $\mathrm{1,84}\times {10}^3$

a. $\mathrm{3,29}\times {10}^{18}\text{GeV}\approx 3\times {10}^{18}\text{GeV}$; b. 0,3; La unificación de las tres fuerzas se rompe poco después de la separación de la gravedad de la fuerza de unificación (cerca del intervalo de tiempo de Planck). La incertidumbre en el tiempo es entonces mayor. De ahí que la energía disponible sea menor que la energía de unificación necesaria.