Пион (частица)
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Пион (пи-мезон от греч. pi meson — пи средний) — в физике элементарных частиц этим термином называют субатомные частицы, открытые в 1947 году — π0, π + и π − . Пионы имеют наименьшую массу среди мезонов.
| Пион | |
|---|---|
| Символ |  |
| Масса | 139,6 (135,0) |
| Античастица |  |
| Классы | бозон, адрон, мезон |
| Квантовые числа | |
| Электрический заряд |  |
| Спин | 0 |
| Изотопический спин | |
| Барионное число | 0 |
| Странность | 0 |
| Очарование | 0 |
| Другие свойства | |
| Время жизни |  c |
| Схема распада | μ+ + νμ (2γ) |
| Кварковый состав |  |
Содержание |
[править] Свойства
Пионы имеют нулевой спин и состоят из пары кварк-антикварк первого поколения. Согласно кварковой модели u и анти-d кварки формируют π + мезон, из d и анти-u кварков состоит его античастица π − мезон. Электрически-нейтральные комбинации u и анти-u и d и анти-d могут существовать только в виде суперпозиции, так как они имеют одинаковый набор квантовых чисел. Низшее энергетическое состояние подобной суперпозиции есть π0 мезон, который является античастицей для себя самого (истинно нейтральная частица, подобно фотону).
Мезоны π + ,π − имеют массу 139,6 MэВ/c2 и средний период полураспада 2,6 × 10−8 секунды. Главным является канал распада в мюон и нейтрино или антинейтрино:
Мезон π0 имеет немного меньшую массу 135,0 MэВ/c2 и гораздо меньший период полураспада 8,4 × 10−17 секунды. Главным является канал распада в два фотона
[править] История открытия
В теоретической работе Х. Юкавы в 1935 году было предсказано существование частиц, переносящих сильное взаимодействие — мезонов (первоначально Юкава предложил название мезотрон, но был исправлен В. Гейзенбергом, чей отец преподавал греческий язык). В 1947 году заряженные пионы были экспериментально обнаружены группой исследователей под руководством С. Пауэлла. Поскольку ускорителей в то время еще не существовало, опыты проводились с фотопластинкой, поднятой при помощи воздушного шара на большую высоту, где она подверглась воздействию космических лучей. После спуска воздушного шара, на фотоэмульсии обнаружили следы заряженных частиц, среди которых были мезоны. За свои достижения Х. Юкава в 1949 г. и С. Пауэлл в 1950 г. были награждены нобелевской премией.
Обнаружить нейтральный мезон π0 гораздо сложнее, так как в силу своей электрической нейтральности он не оставляет следов в фотоэмульсии. Мезон π0 был идентифицирован по продуктам распада в 1950 году.
Пионы являются псевдо-бозонами Намбу-Голдстоуна со спонтанно нарушенной симметрией. Это является причиной того, что масса пионов гораздо меньше массы других мезонов, напр. η-мезона (547,75 МэВ/c2).
[править] Теоретический обзор
В настоящее время, согласно квантовой хромодинамике, известно, что сильное взаимодействие осуществляется посредством глюонов. Тем не менее, можно сформулировать т. н. эффективную теорию взаимодействия внутриядерных частиц (Сигма-модель), в которой переносчиками взаимодействия являются пионы. Несмотря на то, что эта теория (предложенная Х. Юкавой) верна только в определенном диапазоне энергий, она позволяет проводить простые вычисления и давать наглядные объяснения. Например, силы взаимодействия, переносимые пионами, можно компактно описать при помощи потенциала Юкавы.
[править] Ссылки
- Экспериментальные свойства заряженных и нейтральных пионов (сайт Particle Data Group, англ.).
