Désintégration du pion chargé en repos

Désintégration du pion chargé en repos

Comprendre la Désintégration du pion chargé en repos

Un pion chargé \( \pi^+ \), initialement au repos, se désintègre selon la réaction

\[ \pi^+ \to \mu^+ + \nu_\mu, \]

où le muon \( \mu^+ \) et le neutrino \( \nu_\mu \) sont les produits de désintégration. Dans cet exercice, on considère que le neutrino est sans masse ( \( m_{\nu_\mu} = 0 \) ) et que le pion est au repos dans le référentiel considéré.

Données :

  • Masse du pion chargé : \( m_{\pi} = 139.57~\text{MeV}/c^2 \).
  • Masse du muon : \( m_{\mu} = 105.66~\text{MeV}/c^2 \).
  • Le neutrino est considéré comme sans masse.

Questions :

1. Calculer l’énergie totale \( E_\mu \) du muon produit.

2. Déterminer la quantité de mouvement (module \( p_\mu \)) du muon.

3. Calculer l’énergie cinétique \( T_\mu \) du muon.

Correction : Désintégration du pion chargé en repos

1. Calcul de l’énergie totale \(E_\mu\)

Dans une désintégration à deux corps, dans le référentiel du pion (au repos), la conservation de l’énergie conduit à la formule générale suivante pour le produit \(B\) issu de la désintégration \(A \to B + C\) :

\[ E_B = \frac{m_A^2 + m_B^2 – m_C^2}{2\,m_A}\,. \]

Puisque le neutrino est sans masse (\(m_{\nu_\mu}=0\)), la formule se simplifie pour le muon en remplaçant \(A\) par le pion et \(B\) par le muon.

Formule:

\[ E_\mu = \frac{m_{\pi}^2 + m_{\mu}^2}{2\,m_{\pi}}\,. \]

Données:
  • \(m_{\pi} = 139.57~\text{MeV}\)
  • \(m_{\mu} = 105.66~\text{MeV}\,.\)
Calcul:
  • Calcul des carrés des masses :

\[ m_{\pi}^2 = (139.57)^2 \approx 19480.78~\text{MeV}^2\,, \]
\[ m_{\mu}^2 = (105.66)^2 \approx 11167.24~\text{MeV}^2\,. \]

  • Somme des carrés :

\[ m_{\pi}^2 + m_{\mu}^2 \approx 19480.78 + 11167.24 = 30648.02~\text{MeV}^2\,. \]

  • Calcul du dénominateur :

\[ 2\,m_{\pi} = 2 \times 139.57 = 279.14~\text{MeV}\,. \]

  • Substitution dans la formule :

\[ E_\mu = \frac{30648.02}{279.14} \approx 109.76~\text{MeV}\,. \]

Résultat :
L’énergie totale du muon est \(E_\mu \approx 109.76~\text{MeV}\).

2. Calcul de la quantité de mouvement \(p_\mu\)

En relativité, la relation entre l’énergie totale \(E\), la masse \(m\) et la quantité de mouvement \(p\) est donnée par :

\[ E^2 = p^2 + m^2\,. \]

Pour isoler \(p\), on peut écrire :

\[ p = \sqrt{E^2 – m^2}\,. \]

Pour une désintégration à deux corps, une formule directe permet de trouver :

\[ p_\mu = \frac{m_{\pi}^2 – m_{\mu}^2}{2\,m_{\pi}}\,. \]

Données:
  • \(m_{\pi}^2 \approx 19480.78~\text{MeV}^2\)
  • \(m_{\mu}^2 \approx 11167.24~\text{MeV}^2\)
  • \(2\,m_{\pi} = 279.14~\text{MeV}\,.\)
Calcul:
  • Différence des carrés :

\[ m_{\pi}^2 – m_{\mu}^2 \approx 19480.78 – 11167.24 = 8313.54~\text{MeV}^2\,. \]

Division par \(2\,m_{\pi}\) :

\[ p_\mu = \frac{8313.54}{279.14} \approx 29.78~\text{MeV}\,. \]

Résultat :
La quantité de mouvement du muon est \(p_\mu \approx 29.78~\text{MeV}\).

3. Calcul de l’énergie cinétique \(T_\mu\)

L’énergie cinétique \(T\) est la différence entre l’énergie totale \(E\) d’une particule et son énergie de repos \(m\) (en unités naturelles où \(c=1\)) :

\[ T_\mu = E_\mu – m_{\mu}\,. \]

Données:
  • \(E_\mu \approx 109.76~\text{MeV}\)
  • \(m_{\mu} = 105.66~\text{MeV}\,.\)
Calcul:

\[ T_\mu = 109.76 – 105.66 \] \[ T_\mu \approx 4.10~\text{MeV}\,. \]

Résultat :
L’énergie cinétique du muon est \(T_\mu \approx 4.10~\text{MeV}\).

Désintégration du pion chargé en repos

D’autres exercices de physique des particules:

Aucun résultat

La page demandée est introuvable. Essayez d'affiner votre recherche ou utilisez le panneau de navigation ci-dessus pour localiser l'article.

Analyse de l’Interaction Leptonique
Analyse de l’Interaction Leptonique

Analyse de l'Interaction Leptonique Comprendre l'Analyse de l'Interaction Leptonique Nous allons examiner une collision entre un électron et un positron qui aboutit à la création d'une paire muon-antimuon. Cet événement est fréquent dans les accélérateurs de...

Interaction Quark-Antiquark
Interaction Quark-Antiquark

Interaction Quark-Antiquark Comprendre l'Interaction Quark-Antiquark Les quarks sont des particules élémentaires qui constituent les protons et les neutrons, entre autres. Ils sont soumis à l'interaction forte et ne peuvent exister isolément en raison du phénomène de...

Dynamique des Protons dans un Cyclotron
Dynamique des Protons dans un Cyclotron

Dynamique des Protons dans un Cyclotron Comprendre la Dynamique des Protons dans un Cyclotron Dans un laboratoire de physique, un cyclotron est utilisé pour accélérer des protons jusqu'à des énergies suffisantes pour des expériences de collision. Le cyclotron a un...

Calcul du Rayon de Courbure pour un Pion
Calcul du Rayon de Courbure pour un Pion

Calcul du Rayon de Courbure pour un Pion Comprendre le Calcul du Rayon de Courbure pour un Pion Dans un accélérateur de particules, des protons sont accélérés à haute énergie et entrent en collision dans une chambre à vide. À partir de cette collision, des pions...

Calcul de la Vitesse Relativiste des Protons
Calcul de la Vitesse Relativiste des Protons

Calcul de la Vitesse Relativiste des Protons Comprendre le Calcul de la Vitesse Relativiste des Protons Les accélérateurs de particules sont des dispositifs utilisés en physique des particules pour accélérer des particules chargées, telles que les protons, à des...

Étude des Interactions W⁺ et W⁻
Étude des Interactions W⁺ et W⁻

Étude des Interactions W⁺ et W⁻ Comprendre l'Étude des Interactions W⁺ et W⁻ Dans un collisionneur de particules, deux bosons W (un \(W^+\) et un \(W^-\)) se rencontrent et interagissent. Les bosons W sont des médiateurs de la force nucléaire faible et ont des masses...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *