Examen Física UV - Nuclear - 2014 Mayo Teoria, Ejercicios de Física Nuclear. Universitat de València (UV)
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Examen Física UV - Nuclear - 2014 Mayo Teoria, Ejercicios de Física Nuclear. Universitat de València (UV)

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Asignatura: Física nuclear i de partícules, Profesor: Emilio Higon, Carrera: Física, Universidad: UV
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EXAMEN DE FÍSICA NUCLEAR Y PARTÍCULAS. GRUPOS A y B. TEORÍA.

No se puede usar libros de teoría ni problemas. Valencia 26 Mayo 2014

Todas las cuestiones valen 1 punto. Se contesta a 10 de las 11 cuestiones

Alumno: Grupo:

1. Representar los diagramas de Feynman de las desintegraciones

a) π0 → γγ (99%) b) η0 → γγ (39%), →3π0 (33%), π+π−π0 (22%), π+π−γ (5%)

¿Intervienen procesos de aniquilación de partículas en alguno de estos casos de desintegración? ¿En qué casos interviene la interacción fuerte?

2. La actividad debida al C-14 en los compuestos de carbono en materia viva es

de 15 desintegraciones/g de carbono por minuto. La semivida del C-14 es 5570 años. ¿Cuál es la actividad específica del C-14? ¿Cuál es la fracción de C-14 (en número de átomos) en materia viva?

3. En las siguientes reacciones, ¿qué partícula (o su correspondiente antipartícula)

entre las indicadas (para las que se da su composición quark y los números cuánticos IJP) son posibles para la partícula desconocida X?

a) K+ p K+ X b) π− p K0 X c) p p π+ n Λ0 X

4. Explique en qué consiste la denominada parábola de masas. ¿Puede haber dos parábolas de masas para ciertos isóbaros? Justifique la respuesta. ¿Cómo es posible que el 152Eu se desintegre a los núcleos: ?15262

152 63

152 64

152 63 SmEuyGdEu →→

Escriba las reacciones que pueden tener lugar en estos procesos. 5. El tritio 3H se desintegra débilmente con una semivida de 12,5 años. Una

muestra de hidrógeno enriquecida con 0,1 mgr de tritio produce 0,21 calorías en una hora:

a) Escriba explícitamente la desintegración que tiene lugar. b) Calcular la energía promedio de emisión de las partículas β. c) Además de la no conservación de la energía, ¿qué otro observable nos

indica que se ha emitido otra partícula de difícil detección experimental?

[ ]( ) [ ]( ) [ ]( ) [ ]( ) [ ]( ) ( ) ( )

1 1 1 1 10 0 2 2 2 2 2

1 1 1 10 0 2 2 2 2

, , , , ,1 ,

,1 , ,0 , , 0 , , 0

ssd ssu uds

dds uds K us K sd

+ + +

+ + − −

− −

Ξ Ξ Σ

   Σ Λ    

6. A partir de la figura adjunta obtenida de la tabla de

isótopos: a) Determinar la energía máxima de emisión del

neutrino en la desintegración del 22Na. ¿Es posible la desintegración del 22Na al 22Ne sin que se produzca emisión de neutrinos? Razone brevemente la respuesta.

b) Establezca el tipo y multipolaridad de la desintegración γ del estado excitado del 22Ne. ¿Es posible que dicho estado se desexcite de forma no radiativa, es decir, sin emisión del fotón γ?

7. Clasifique las siguientes desintegraciones de acuerdo con su nivel de prohibición y tipo de la desintegración:

a) 19K(4-)→18Ar(0+); 30Zn(3/2-)→29Cu(5/2-); 30Zn(3/2-)→29Cu(3/2-); 35Br(2-)→36Kr(2+); 167N(2-)→168O(0+);

b) Para este último caso, ¿Cuál será la energía máxima de emisión del neutrino?

8. Escriba las tres reacciones que se consideran normalmente en la fusión

termonuclear controlada: a) ¿Qué reacción tiene mayor sección eficaz a la energía típica alcanzable en el

reactor? b) Calcule la energía liberada en cada proceso. c) ¿Por qué no se considera la fusión p+p que ocurre en el Sol?

9. Una partícula (hipotética) cuya masa en reposo es m tiene un estado excitado de

energía ΔE, que puede ser alcanzado mediante la absorción de fotones γ. Suponiendo que el término ΔE/c2no es despreciable en comparación con m, obtenga la energía resonante necesaria Eγ de la radiación γ para excitar la partícula que se halla inicialmente en reposo.

10. Yukawa interpretó la interacción nucleón-nucleón por el intercambio de una partícula.

a) Explicar qué propiedad física de la interacción fuerte justifica esta idea. b) ¿Qué relación tiene la teoría de Yukawa con la descripción de la interacción

fuerte entre quarks contenida en el Modelo Estándar? c) ¿Puede explicarse la interacción nucleón-nucleón por el intercambio de una

sola partícula?

11. La reacción que permitió descubrir el antiprotón en el histórico experimento de Segrè fue: �� + �� → �̅� + �� + �� + ��

a) Calcular la energía mínima del protón incidente, Ep(lab), en el sistema laboratorio.

b) ¿Cuánto vale esta energía en el centro de masas, Ep(cm).

DATOS:

Secuencia de llenado del modelo de capas: 1s1/2, 1p3/2, 1p1/2, 1d5/2, 2s1/2, 1d3/2, 1f7/2, 2p3/2, 1f5/2, etc…

Fórmula semi-empírica: av=15,5 MeV, as=16,8 MeV, ac=0,72 MeV, asim=23,0 MeV, ap=34,0 MeV. Masas: 1 u=931,5 MeV, M(1H)=1,007825 u, M(2H)=2,014102 u, M(3H)=3,016049 u, M(4He)=4,002603 u, m(p)=938,27 MeV, m(n)=939,57 MeV, me =0,511 MeV. M(3He)=3,016029 u, M(16N)=16,006100 u, M(16O)=15,994915 u. Unidades y parámetros: fmMeVc ·3,197= . 1 cal=4,18 J. Maire=1,293 g/cm3, qe=4,8 x10-10 esu=1,9 x 10-19 C. Energía de producción de un par e- ion en aire=34 eV Contenido en quarks y masa de partículas:

[ ] [ ] [ ] [ ]

*

0

0

0

0

(1820)

(1192)

(1116)

(938)

(494)

(140)

(135)

(548)

ssd

sud

sud

p uud

K su

du

uu dd

uu dd

π

π

η

Ξ

Σ

Λ

       +   + 

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