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En caso de que la carga eléctrica de $\pi^+$ (pión positivo) se considere exacta?

Según https://en.wikipedia.org/wiki/Elementary_charge IIUC, la carga eléctrica de un electrón debe considerarse un valor exacto de 1,602176634 culombios en lugar de un valor experimental con precisión limitada:

A partir de la redefinición de 2019 de las unidades básicas del SI, que entró en vigor el 20 de mayo de 2019, su valor es exactamente $1.602176634×10^{19}$ C[1] por definición del culombio.

Véase también "Folleto SI (2019)", p. 127 .

Parece que la referencia estándar de los datos de la física de partículas normalmente sólo dice la carga eléctrica de una partícula denotándolas como $X^+$ (para una partícula con la misma carga que el electrón pero positiva), $X^-$ (para una partícula con la misma carga que el electrón), etc. Por ejemplo, $\pi^+$ : http://pdglive.lbl.gov/Particle.action?node=S008 . ¿Es esto cierto? Entonces, ¿las cargas de estas partículas deben considerarse ahora también exactas? Si más bien deben considerarse valores aproximados, ¿cómo determinar el valor junto con la precisión y la incertidumbre?

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jacktrades Puntos 132

En sentido estricto, sólo la carga del electrón es exacta, y las cargas de todas las demás partículas se determinan teórica o experimentalmente en relación con la carga del electrón. No conozco ninguna teoría física sensata en la que las cargas del pión y del electrón difieran, pero lo más importante es que las restricciones experimentales son extremadamente buenas.

Lo más obvio es que un modo de desintegración observado de los piones negativos es en un electrón y un antineutrino electrónico, por lo que si aceptamos que la carga eléctrica se conserva entonces cualquier diferencia entre las cargas del pión y del electrón debe ser igual a la carga del neutrino. Límites experimentales de las cargas eléctricas de los neutrinos oscilan entre $2\times 10^{-8}\,e$ para mediciones de laboratorio hasta $2\times 10^{-15}\,e$ a partir de observaciones astrofísicas. (Obsérvese también que si hubiera una partícula invisible que se llevara la pequeña carga eléctrica, entonces la desintegración sería de 3 cuerpos en lugar de 2, y la distribución de momentos observada de los electrones desintegrados sería muy diferente de la observada).

La interacción pión protón común $\pi^- p \rightarrow \pi^0 n$ ofrece límites aún mejores, aunque hay más pasos en el razonamiento. La dirección límite experimental de cualquier diferencia de magnitud de carga electrón-protón es inferior a $1\times 10^{-21}\,e$ y la medida carga del neutrón es $-0.2\pm0.8\times 10^{-21}\,e$ . Si el pión neutro tuviera carga eléctrica, entonces tendría que existir un estado de dos fotones con carga eléctrica. Límites de la carga eléctrica del fotón son muy, muy buenos ( $< 1\times10^{-46}\;\mathrm{or}\;<1\times10^{-35}$ e, dependiendo de los supuestos), y hay muy sólidos argumentos teóricos que la carga debe ser cero. Así que la observación de $\pi^- p \rightarrow \pi^0 n$ junto con las restricciones anteriores sobre las cargas del protón, neutrón y pión neutro significa que la diferencia de carga entre el electrón y el pión negativo debe ser $< 1\times 10^{-21}\,e$ .

Pueden establecerse límites de fuerza similares para todos los hadrones cargados. Por ejemplo, la observación del mesón encantado $D^+\rightarrow \pi^+\pi^0$ decae significa que el $D^+$ tiene la misma carga que el $\pi+$ .

Se pueden establecer mejores límites para los leptones cargados. La existencia de $\mu^-\rightarrow e^- \bar \nu_e \nu_\mu$ y $\tau^-\rightarrow e^- \bar \nu_e \nu_\tau$ significa que el $\mu-e$ y $\tau-e$ diferencias de carga deben ser iguales al $\nu_e-\nu_\mu$ y $\nu_e-\nu_\tau$ diferencias de carga. Esto debe ser cero, ya que las oscilaciones de neutrinos observadas serían imposibles (por conservación de la carga eléctrica) si los diferentes sabores de neutrinos tuvieran diferentes cargas eléctricas.

Volviendo a tu pregunta sobre la precisión y la incertidumbre, si uno quiere ser pedante el valor medido de la carga del pión es $1.000000000000000000000\pm0.000000000000000000001\,e$ pero casi siempre sería una tontería escribirlo. En la práctica, trate la carga del pión como si fuera exacta e igual a la carga definida del electrón.

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