Scattering inelástico entre electrón y protón

[leo_ro]

También conocida como deep scattering. Mi pregunta es la siguiente: dada la dispersión entre electrón y protón, ¿Es posible una interacción inelástica pero sin generación de chorros de partículas? Es decir, sin que el protón genere más partículas subatómicas.

Si la ecuaciones de momento energía de la interacción son

${{E}_{e}}^{2} = {{m}_{e}}^{2} + {{p}_{e}}^{2}$

${{E}_{p}}^{2} = {{m}_{p}}^{2} + {{p}_{p}}^{2}$

La energía se conserva pero al ser inelástico no se conserva el momento:

${E}_{e2} + {E}_{p2} = {E}_{e1}+ {E}_{p1}$

${p}_{e2} + {p}_{p2} < {p}_{e1}+ {p}_{p1}$

Entonces en un choque inelástico, solo nos queda que la energía se conserve. Este choque inelástico debería aumentar la energía interna del protón y por lo tanto su masa para cumplir con la conservación de la energía. Pero nunca he escuchado de protones con diferente masa, por lo que puedo llegar a inferir lo siguiente.

Si no existe la energía para que el protón "genere" más partículas o decaiga en más partículas el choque es elástico, caso contrario puede darse que sea elástico según la correspondiente sección eficaz. ¿Es correcto?

[Alriga]

También conocida como deep scattering [...] dada la dispersión entre electrón y protón, [...] La energía se conserva pero al ser inelástico no se conserva el momento...

Hola leo_ro, según yo creo saber, tanto en Física newtoniana como en Física relativista, en una colisión inelástica:

• Se conserva el momento lineal
• No se conserva la energía cinética

Mira a ver si con este apunte replanteas tu pregunta.

No domino para nada el tema, tal como yo creo que debería ser:

1) Si la situación inicial es un electrón (con energía cinética) que colisiona contra un protón libre estático y el resultado es exclusivamente un electrón dispersado y un protón en movimiento, necesariamente el choque es elástico, es decir que debe conservarse la energía cinética ya que la energía total se conserva siempre y las masas del electrón y del protón son invariantes.

2) Si la situación inicial es un electrón (con energía cinética) que colisiona contra un protón libre estático y el choque es inelástico, $\longrightarrow$ la suma de las energías cinéticas del protón en movimiento más la del electrón dispersado es menor que la energía cinética del electrón incidente: como las masas del electrón y del protón son invariantes, necesariamente ha debido aparecer alguna partícula nueva (o partículas=jet) para cuya creación y dotarlas de velocidad se ha invertido la diferencia entre la energía cinética inicial del electrón, y la suma de energías cinéticas finales del electrón y el protón.

A ver si hay suerte y se pasa por aquí carroza que es quien domina estos temas y nos ilumina.

Saludos.

[carroza]

Hola.

El protón sí tiene "estados excitados". Se llaman resonancias, y la más conocida es la N(1440) , llamada también "Resonancia de Roper" https://en.wikipedia.org/wiki/Roper_resonance.
Su masa en reposo es de unos 1440 MeV (la del protón es unos 938 MeV).

Hay otras muchas. Debe tener en cuenta que el protón no es una partícula elemental, sino un sistema de tres quarks, uud (y más cosas, claro). Estos tres quarks tienen un estado "fundamental" que llamamos protón, y estados excitados, como son la resonancia de roper y otras muchas.

Pregunta si tienes más dudas. La idea es cambiar el chip, y dejar de pensar en el protón como una cosa unica, con una masa-energía única, y verlo como uno de los posibles estados de un sistema de varios quarks. De la misma forma que una partícula alfa no es un unico estado de dos protones y dos neutrones, sino el estado de energia más baja de un conjunto de muchos estados posibles.

Un saludo

[leo_ro]

Muchas gracias por la respuesta Carroza. Y también gracias Alriga.

Realmente me cuesta cambiar el chip, como usted dice. Para mi siempre el protón (o neutrón) tenían una masa en reposo constante y ahora me encuentro con que la masa en reposo puede ser mayor, debido a la energía interna del campo gluónico. También ahora me doy cuenta porque la teoría de cuerdas surgió ahí, por la simplificación de pensar que "dentro" hay algo que podría "parecer" a cuerdas o resortes.

También entiendo que estos estados excitados del protón, de masa en reposo mayor, decaen rápidamente ¿correcto? Para el primer estado excitado, que entiendo que el de todos los estados de resonancia es el que tiene mayor vida media, el artículo de wikipedia menciona esto:

The Roper resonance decays most of the time via the strong force into an ordinary nucleon plus a pion, nucleon plus two pions, or Δ plus a pion.

Pero ¿no es mas probable que el protón en su primer nivel excitado decaiga en un protón mas radiación gamma? Es decir, scattering de electrón + protón tiene como resultado electrón dispersado con menor energía cinética y una resonancia de Roper que luego emite radiación gamma y obtenemos nuevamente el protón.

[carroza]

Pero ¿no es mas probable que el protón en su primer nivel excitado decaiga en un protón mas radiación gamma? Es decir, scattering de electrón + protón tiene como resultado electrón dispersado con menor energía cinética y una resonancia de Roper que luego emite radiación gamma y obtenemos nuevamente el protón.

Hola.

Ahi tienes otro chip que cambiar. Las cosas pueden excitarse o desexcitarse por cualquier interacción, fuerte, electromagnética o debil. La interacción electromagnética da lugar a la emisión de fotones. La interaccion fuerte, en este caso, da lugar a la emisión de piones. Como la interacción fuerte es mucho mas "fuerte" que la electromagnética, siempre que haya energía suficiente para emitir piones, será mucho más probable la emisión de piones que la emisión de fotones. Este es el caso del decaimiento de la resonancia Roper.


Saludos