Questões de Concurso sobre Física Subatômica (Física de partículas)

Muônio, hidrogênio muônico e anti-hidrogênio são estruturas exóticas semelhantes ao hidrogênio, cujas emissões espectrais podem ser previstas com a teoria simples de Bohr de átomos de um elétron, semelhante à abordagem adotada em estudos de espectros de prótio (hidrogênio-1) e deutério. Um átomo do tipo hidrogênio muônico é um átomo no qual um múon negativo μ⁻ toma o lugar de um elétron e orbita próximo ao núcleo.

Sabendo que o hidrogênio muônico consiste em um próton p e um múon μ⁻, com massas de repouso m_p = 1836 m_e e m_μ = 207 m_e, respectivamente, estime o valor da energia do primeiro estado excitado desse átomo muônico.

Qual o fator de multiplicidade do plano (111) em uma estrutura cúbica?

A __________ dos elementos não é uma grandeza absoluta, mas, sim, relativa. Ao estudá-la, na verdade estamos comparando a força de atração exercida pelos átomos sobre os elétrons de uma ligação. Essa força de atração tem relação com o raio atômico: quanto menor o tamanho do átomo, maior será a força de atração, pois a distância núcleo-elétron da ligação é menor. A __________ não é definida para os gases nobres.

Fonte: João Usberco; Edgard Salvador, 2002.

Complete o texto acima com o conceito descrito dentre as alternativas e marque a opção CORRETA.

No processo de aniquilação entre um elétron e um pósitron os gamas emitidos têm direções:

Qual é a força de atração, em Newtons, entre um próton (+e) e um elétron (-e) no átomo de hidrogênio? A distância entre o próton e o elétron é de 0,53 x 10^-10 m. Dados K = 8,9875x10⁹ Nm² /C² e e = 1,602 x 10^-19 C.

Considerando-se que se faça incidir luz sobre um dado material homogêneo cuja função trabalho valha 4,2 eV e sabendo-se que a constante de Planck vale 4,2 × 10⁻¹⁵ eV ∙ s e que a velocidade da luz no vácuo vale 3,0 × 10⁸ m/s, é correto concluir que a menor frequência dessa luz capaz de arrancar elétrons desse material é

Em Física, o efeito Compton, ou também denominado de espalhamento Compton, é o espalhamento de um fóton 𝛾 por uma partícula carregada, geralmente um elétron 𝑒, que resulta em uma diminuição da energia (aumento do comprimento de onda 𝜆) do fóton espalhado, tipicamente na faixa de raios-X ou de raios gama (como motrado na figura abaixo). Se o deslocamento compton é a metade do comprimento de onda compton, e a razão entre o comprimento de onda compton e o comprimento de onda do fóton incidente é igual a √3 − 1, qual será o ângulo de espalhamento do fóton 𝜙 em graus?

O monóxido de carbono é um gás levemente inflamável, inodoro e muito perigoso, devido à sua grande toxicidade. É produzido pela queima, em condições de pouco oxigênio e/ou alta temperatura, de carvão ou outros materiais ricos em carbono, como derivados de petróleo, por exemplo, pelos motores dos veículos. A molécula diatômica de monóxido de carbono CO é representada por um átomo de carbono e outro de oxigênio. Na figura, a seguir, a curva sólida mostra o comportamento do potencial 𝑈(𝑟) deste arranjo em função da distância entre os átomos 𝑟, enquanto que a linha tracejada é uma aproximação parabólica em torno da posição equilíbrio 𝑟 = 𝑎. Se tratarmos este problema, do ponto de vista da mecânica clássica, como duas massas distintas atreladas por uma mola horizontal de constante elástica 𝑘 e massa reduzida 𝜇, qual seria o valor de 𝑘 e do comprimento de onda 𝜆 da vibração mecânica gerada pela molécula de CO?

Dados: massa atômica do carbono = 12 u.m.a., massa atômica do oxigênio = 16 u.m.a., raio molecular 𝑟 = 𝑎 =1,1 angstrom, energia de dissociação 𝐷 =10 eV, velocidade da luz no vácuo 𝑐 =300.000 km/s.

Conversões: 1 u.m.a.=1,66x10^-27 kg; 1 angstrom = 10^-10 m; 1 eV=1,6x10^-19 J.

Uma célula hexagonal compacta contém dois átomos do mesmo tipo, localizados nas posições atômicas de (0, 0, 0) e (1/3, 2/3, 1/2). Qual das opções abaixo é o fator de estrutura (F₁₁₂) correto do plano (112)?

Em uma medida de difração de raios X em policristais, realizada com radiação Cu Kα, quais elementos químicos geram fluorescência e aumentam o background da medida?

Um cristal de Mn5(Si O4)3 possui sistema cristalino cúbico e grupo espacial Ia-3d. Se os átomos de Mn ocupam os sítios de Wickoff 16a e 24c, os átomos de Si ocupam o sítio 24d e os átomos de O ocupam o sítio 96h, quantas moléculas por célula unitária possui esse cristal?

Uma fonte de luz monocromática com comprimento de onda igual a 550 $\mathring{A}$ gera 5 watts de potência. A velocidade da luz é igual a M 3 x 10⁸ m/s.

Assinale a opção que expressa o número de fótons emitidos por segundo pela referida fonte de luz.

Comprimentos de onda de elétrons muito menores que os ópticos são facilmente obtidos. Esta é a base para o poder de resolução muito maior que os microscópios eletrônicos têm sobre os microscópios ópticos (comprimentos de onda ∼ 4000 $\dot{A}$). Em alguns de seus experimentos, Davisson e Germer usaram elétrons acelerados por uma diferença de potencial de 54 V.

Qual é o comprimento de onda de Broglie desses elétrons?

Considerando o Princípio da Incerteza de Heisenberg, elétrons em torno de núcleos atômicos têm energias da ordem de centenas de MeV. De acordo com tal princípio, um elétron confinado às dimensões nucleares com incerteza na posição da ordem de Δx ∼ 10^–15 m, tem uma energia cinética K da ordem de 200 MeV.

Qual seria a estimativa para Δx de um elétron, se sua energia cinética K for da ordem de 100 eV?

Um pósitron com energia cinética K = 2m_ec² participa de um evento de aniquilação com um elétron estacionário, resultando na emissão de dois fótons 1 e 2, de energias E₁ e E₂, com E₁ = 2E₂. Na expressão para K, m_e representa a massa do elétron e c é o módulo da velocidade da luz no vácuo.

Assinale a alternativa que apresenta o valor para E₁.

Pode-se considerar que, para colisões entre partículas atômicas com massa A < 13 e nêutrons com energia E < 10 $MeV$, a seção de choque no centro de massa do sistema é isotrópica. Uma consequência disso é que a probabilidade de um nêutron de energia $Ei$ sofrer uma colisão e passar a ter uma energia $Ef$ é dada pela equação abaixo:

$p\left(E_i\to E_f\right)$

$=\{\begin{array}{cc}\frac{1}{(1-\alpha )E},& \alpha E\le E_f\le E\\ 0,& Foradointervalo\end{array}$

Qual é a perda de energia média de um nêutron de energia igual a 6,4 $MeV$com um núcleo de ${}_1^{1}H$ ?

Considere um sistema de 𝑁 partículas de spin 1/2 não interagentes, em contato térmico a uma temperatura 𝑇 na presença de um campo magnético 𝐵. O hamiltoniano desse sistema é dado pela seguinte equação:

𝐻 = −𝜇₀ $B{\sum }_{j=1}^N{\sigma }_j$

onde 𝜎_𝑗 = ±1, para 𝑗 = 1,2, … , 𝑁. A partir da função de partição desse sistema, podemos realizar a conexão com a termodinâmica, por meio da energia livre magnética por partícula, dada pela equação abaixo:

𝑔(𝑇, 𝐵) =$-\frac{1}{\beta }$ $\begin{array}{c}lim\\ N\to \infty \end{array}$ ln 𝑍.

Onde 𝛽 = $\frac{1}{k_{B}T}$ e 𝑍 é a função de partição. Marque a alternativa que apresenta o correto resultado da energia livre magnética por partícula.

A função de onda do estado fundamental do átomo de hidrogênio, já normalizada, é dada pela equação a seguir:

ψ(𝑟) = $\frac{1}{\sqrt{\pi }{a}^{3⁄2}}{e}^{-r⁄a}$

Onde 𝑎 é o raio de Bohr. Marque a alternativa que apresenta o valor de 𝑟 em função do raio de Bohr, para que a densidade de probabilidade seja máxima.

Qual partícula não pode ser acelerada por um ciclotron?

Seja um alvo de tungstênio cuja função trabalho é de 4,5 eV atingido por fótons com energia de 6,7 eV. Qual a velocidade dos elétrons mais rápidos ejetados da superfície do alvo: (Considere 1eV = 1,6x10^-19J e a massa do elétron = 9,1x10^-31kg).