Pione

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In fisica delle particelle, pione è la forma abbreviata del nome mesone Pi; questa particella subatomica esiste in tre forme: pi-zero (π⁰), pi-più (π⁺) e pi-meno (π^-). I mesoni Pi sono i mesoni più leggeri.

[modifica] Proprietà

I mesoni Pi hanno spin pari a zero e sono composti di quark di prima generazione. Un quark up e un quark anti-down formano un π⁺, un down e un anti-up formano un π^-, la sua antiparticella. Combinazioni di up e anti-up, o down e anti-down, sono entrambe neutre, ma poiché hanno gli stessi numeri quantici si trovano solo in una combinazione di stati. La combinazione con minore energia è il π⁰, che è antiparticella di sé stesso. Insieme, i pioni formano un tripetto di isospin; ogni pione ha isospin 1 (I = 1) e la terza componente dell'isospin è uguale alla carica (I_z = +1, 0 o −1).

I π⁺ e i π^- possono combinarsi per formare un atomo esotico chiamato pionio, se vengono creati l'uno vicino all'altro con un basso momento relativo.

Il mesone $\pi^\pm$ ha una massa di 139.6 MeV/c² e una vita media di 2.6×10⁻⁸ secondi. Il decadimento è un processo debole. Il decadimento principale (99.9877%) è in un muone e il suo neutrino

$\pi^+\to\mu^++\nu_\mu,~~~\pi^-\to\mu^-+\bar{\nu}_\mu.$

Il secondo tipo di decadimento (0.0123%) è in elettrone e il suo neutrino:

$\pi^+\to e^++\nu_e,~~~\pi^-\to e^-+\bar{\nu}_e.$

Il mesone $π 0$ ha una massa inferiore di 135.0 MeV/c² e una vita media più corta di 8.4×10⁻¹⁷ secondi. Decade elettromagneticamente. Il decadimento principale (98.798%) è in due fotoni:

$\pi^0\to2\gamma$ .

Il secondo decadimento più importante (1.198%) è chiamato decadimento Dalitz in un fotone e una coppia elettrone positrone:

$\pi^0\to\gamma e^+e^-$ .

[modifica] Previsione teorica della sua massa

Nel 1935 Yukawa ipotizzò l'esistenza del pione sulla base di un semplice ragionamento: l'interazione elettromagnetica, dovuta ad uno scambio di fotoni, è a lungo raggio, mentre l'interazione nucleare ha un raggio d'azione limitato (circa 1,3 fm). Il fisico giapponese si chiese, quindi, come si propagasse l'interazione e quale fosse la particella che la trasportasse (se aveva massa o meno come il fotone).

Ora, la lunghezza d'onda Compton del protone fornisce una sorta di raggio del protone:

$\frac{\hbar}{m_p c} = 0,2 fm$

e allo stesso modo si potrebbe fare la stessa cosa per la mediatrice dell'interazione nucleare:

$\frac{\hbar}{m_\pi c} = 1,3 fm$

A questa stima si arriva anche passando per il principio di indeterminazione di Heisenberg. Esso, infatti, recita:

$\Delta E \Delta t \ge \frac{\hbar}{2}$

Niente, però, vieta ad una particella che ha energia e tempo caratteristici di essere prossimi all'azione elementare, per cui, detti:

$\Delta E = m_\pi c^2 \,\!$

$\Delta t = \frac {r_0}{c}$

si ottiene la relazione di sopra, dove r₀ è il raggio del nucleo.

Sostituendo si ottiene una massa dell'ordine dei 140 MeV, compatibile con i dati sperimentali.

Il corrispondente potenziale, detto potenziale di Yukawa, è della forma:

$A \operatorname \frac {e^{-\frac {r}{r_0}}} {r}$

[modifica] Voci correlate

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