تاريخ الفيزياء
علماء الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيك
الديناميكا الحرارية
الكهربائية والمغناطيسية
الكهربائية
المغناطيسية
الكهرومغناطيسية
علم البصريات
تاريخ علم البصريات
الضوء
مواضيع عامة في علم البصريات
الصوت
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية
النظرية النسبية الخاصة
النظرية النسبية العامة
مواضيع عامة في النظرية النسبية
ميكانيكا الكم
الفيزياء الذرية
الفيزياء الجزيئية
الفيزياء النووية
مواضيع عامة في الفيزياء النووية
النشاط الاشعاعي
فيزياء الحالة الصلبة
الموصلات
أشباه الموصلات
العوازل
مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة
فيزياء الجوامد
الليزر
أنواع الليزر
بعض تطبيقات الليزر
مواضيع عامة في الليزر
علم الفلك
تاريخ وعلماء علم الفلك
الثقوب السوداء
المجموعة الشمسية
الشمس
كوكب عطارد
كوكب الزهرة
كوكب الأرض
كوكب المريخ
كوكب المشتري
كوكب زحل
كوكب أورانوس
كوكب نبتون
كوكب بلوتو
القمر
كواكب ومواضيع اخرى
مواضيع عامة في علم الفلك
النجوم
البلازما
الألكترونيات
خواص المادة
الطاقة البديلة
الطاقة الشمسية
مواضيع عامة في الطاقة البديلة
المد والجزر
فيزياء الجسيمات
الفيزياء والعلوم الأخرى
الفيزياء الكيميائية
الفيزياء الرياضية
الفيزياء الحيوية
الفيزياء العامة
مواضيع عامة في الفيزياء
تجارب فيزيائية
مصطلحات وتعاريف فيزيائية
وحدات القياس الفيزيائية
طرائف الفيزياء
مواضيع اخرى
Pion Creation and Neutron Decay
المؤلف:
Sidney B. Cahn And Boris E. Nadgorny
المصدر:
A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS
الجزء والصفحة:
part 1 , p 41
13-7-2016
1342
Pion Creation and Neutron Decay
a) Calculate the threshold energy in MeV for the creation of charged pions by photons incident on stationary protons,
b) Neutrons β-decay via
If the neutron is at rest, what is the maximum possible velocity for the electron in units of c? (Note that mp = 938.27 Mev/c2, mn = 939.57 Mev/c2, mπ+ = 139.57 Mev/c2, and me = 0.51 Mev/c2).
SOLUTION
a) The threshold energy for the creation of a neutron n and a pion π+ in the center of mass frame is simply the sum of their masses (in units where c = 1. The 4-momentum of the neutron/pion system in the center of mass frame is
(1)
We must also calculate the energy of the incident particles in the center of mass frame. However, we may use the relativistic invariance of a product of 4-vectors (which can be written for a complex system as well as for a single particle). The 4-momentum in the lab (stationary proton) frame is
(2)
Taking the squares of (1) and (2) and equating them, we obtain
(3)
Note that in these units |pγ| = εγ. Therefore, we have for the threshold energy
(4)
Substituting the values given in the problem
b) Consider the neutron decay following the scheme
where we consider the proton and neutrino as one complex particle. From energy and momentum conservation, we find
(5)
(6)
(7)
(8)
Substituting (6) into (8), we have
(9)
We are looking for the maximum possible momentum pe- of the electron. It depends only on one variable, where
so the maximum pe- corresponds to a minimum
Using (5) and (7), we obtain
(10)
Substituting p2e- from (9) into (10) yields
(11)
From this equation, the minimum of corresponds to a minimum of
Now,
(12)
The minimum of (12) corresponds to Therefore
(13)
where we have substituted the masses in energy units. On the other hand
(14)
From (14), we have
Therefore in regular units
.