Descubre los secretos de las partículas fundamentales en el cielo

En el laboratorio de física de tu liceo en Caracas, tu profesor te muestra tres partículas detectadas en un experimento: una con carga +2/3 e, otra sin carga y otra con carga -1 e. Identifica a qué familia pertenece cada una según el Modelo Estándar.

En el Mercado de Chacao en Caracas, un mango criollo cuesta aproximadamente 500 bolívares. Si toda su masa se convirtiera en energía según $E=m{c}^2$, ¿qué cantidad de energía en julios se liberaría? Usa $c=3\times {10}^8$ m/s y la masa de un mango típico de 0.3 kg.

En el laboratorio de física de partículas de la ULA en Mérida, se observa la desintegración beta de un neutrón libre: $n\to p^{+}+e^{-}+{\overline{\nu }}_e$. Si la masa del neutrón es $1.67493\times {10}^{-27}$ kg, la del protón $1.67262\times {10}^{-27}$ kg y la del electrón $9.10939\times {10}^{-31}$ kg, calcula la energía liberada en esta desintegración en MeV. Usa $1\text{ u}=931.5\text{ MeV}/c^2$.

En una ruta de bus urbano en Valencia, Edo. Carabobo, un estudiante observa que un protón y un neutrón están separados por una distancia de 2 femtómetros (fm). Calcula la fuerza electrostática entre ellos en newtons. Usa la carga del protón $+1.602\times {10}^{-19}$ C y considera que el neutrón no tiene carga.

El núcleo de un átomo de helio-4 (partícula alfa) tiene una masa de $6.644657230\times {10}^{-27}$ kg, mientras que la suma de las masas de sus componentes (2 protones y 2 neutrones) es $6.695199\times {10}^{-27}$ kg. Calcula la energía de enlace nuclear en MeV y determina qué fracción de la masa total se convierte en energía de enlace. Usa $1\text{ u}=931.5\text{ MeV}/c^2$.

Desde el Archipiélago de Los Roques, un astrónomo aficionado observa una galaxia lejana cuya línea espectral del hidrógeno (longitud de onda en reposo ${\lambda }_0=656.3\text{ nm}$) aparece desplazada a $\lambda =665.8\text{ nm}$. Calcula el redshift $z$ de esta galaxia y estima a qué velocidad se aleja de nosotros en términos de la velocidad de la luz $c$. Usa la fórmula $z=\frac{\lambda -{\lambda }_0}{{\lambda }_0}$ y la aproximación $v=z\cdot c$ para velocidades pequeñas.

En un experimento de física de partículas en el laboratorio de la UCLA en Barquisimeto, se mide la sección eficaz de colisión entre protones y piones a una energía dada. Si el número de colisiones por segundo es $N=500{\text{ s}}^{-1}$, el flujo de partículas incidentes es $\mathrm{\Phi }=2\times {10}^{12}{\text{ cm}}^{-2}{\text{s}}^{-1}$ y el número de centros dispersores por unidad de área es $n={10}^{15}{\text{ cm}}^{-2}$, calcula la sección eficaz $\sigma$ en barns (1 barn = ${10}^{-24}{\text{ cm}}^2$). Usa la fórmula $N=\mathrm{\Phi }\cdot n\cdot \sigma$.

En una simulación computacional inspirada en el CERN pero realizada en los laboratorios de la ULA en Mérida, se quiere calcular la luminosidad $L$ de un acelerador de partículas. Si el número de partículas por haz es $N={10}^{11}$, la frecuencia de colisión es $f=10\text{ MHz}$ y el área transversal del haz es $A=1{\text{ mm}}^2$, calcula la luminosidad en ${\text{cm}}^{-2}{\text{s}}^{-1}$. Usa la fórmula $L=\frac{N^2\cdot f}{A}$.