Пі-мезон
Пі-мезо́н, піо́н (грэч. πῖ — літара пі і μέσον — сярэдні) — тры віды субатамных часціц з групы мезонаў. Абазначаюцца π0, π+ і π−. Маюць найменшую масу сярод мезонаў. Былі адкрыты ў 1947 годзе.
сімвал | π± (π0) |
---|---|
маса | 139,57018(35) (134,9766(6)) МэВ |
антычасціца | |
класы | базон, адрон, мезон |
квантавыя лікі | |
электрычны зарад | ±1 (0) |
спін | 0 |
ізатапічны спін | ±1 (0) |
барыённы лік | 0 |
дзіўнасць | 0 |
чароўнасць | 0 |
Іншыя ўласцівасці і звесткі | |
час жыцця | 2,6033(5)×10−8 с (8,4(6)×10−17 с) |
каналы распаду | μ+ + νμ (2γ) |
састаў часціцы |
Уласцівасці
Піоны маюць нулявы спін і складаюцца з пары кварк-антыкварк першага пакалення. Паводле кваркавай мадэлі u- і анты-d-кваркі ўтвараюць π+-мезон, з d і анты-u-кваркаў складаецца яго антычасціца, π−-мезон. Электрычна-нейтральныя камбінацыі u і анты-u і d і анты-d могуць існаваць толькі ў выглядзе суперпазіцыі, бо яны маюць аднолькавы набор квантавых лікаў. Самы нізкі энергетычны стан падобнай суперпазіцыі ёсць π0 мезон, які з'яўляецца антычасціцаю для самога сябе (сапраўды нейтральная часціца, як фатон).
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b1/PiPlus-muon-decay.png/300px-PiPlus-muon-decay.png)
Мезоны маюць масу 139,6 MэВ/c² і адносна вялікі, па ядзерных мерках, перыяд паўраспаду 2,6×10−8 секунды. Асноўным каналам распаду (з імавернасцю 99,9877 %) з'яўляецца канал распаду на мюон і нейтрына ці антынейтрына:
Наступным па імавернасці каналам распаду зараджаных піонаў з'яўляецца моцна заглушаны (малаімаверны: 0,0123 %) распад дадатнага піона на пазітрон і электроннае нейтрына
адмоўнага піона — на электрон і электроннае антынейтрына
Прычына заглушэння электронных распадаў у параўнанні з мюоннымі заключаецца ў захаванні спіральнасці для ультрарэлятывісцкіх часціц: кінетычная энергія як электрона, так і нейтрына ў гэтым распадзе значна большая за іх масы, таму іх спіральнасць з высокай дакладнасцю захоўваецца.
Нейтральны пі-мезон мае трохі меншую масу 135,0 MэВ/c² і значна меншы перыяд паўраспаду 8,4×10−17 секунды. Галоўным (імавернасць 98,798 %) з'яўляецца канал распаду на два фатоны:
Распад нейтральнага піона абумоўлен электрамагнітным узаемадзеяннем, тады як зараджаныя піоны распадаюцца праз слабае ўзаемадзеянне, пастаянная сувязі якога значна меншая. Таму перыяды паўраспадаў нейтральнага і зараджанага піонаў істотна адрозніваюцца.
Цотнасць піона адмоўная, яго спін нулявы, таму гэта часціца з'яўляецца псеўдаскалярнаю.
Гісторыя адкрыцця
У тэарэтычнай працы Х. Юкавы ў 1935 годзе было прадказана існаванне часціц-пераносчыкаў моцнага ўзаемадзеяння — мезонаў (спачатку Юкава прапанаваў быў назву мезатрон, але яго паправіў В. Гейзенберг, чый бацька выкладаў грэчаскую мову). У 1947 годзе зараджаныя піоны былі эксперыментальна выяўлены групай даследчыкаў пад кіраўніцтвам С. Пауэла. А як паскаральнікаў з энергіяй, дастатковай для параджэння піонаў, у той час яшчэ не было, пошук ажыццяўляўся з дапамогай фотапласцінак, паднятых на аэрастаце ў стратасферу, дзе яны траплялі пад уздзеянне касмічных прамянёў (фотапласцінкі таксама ўстанаўліваліся ў гарах, напрыклад, у астрафізічнай лабараторыі на вулкане Чакалтайя ў Андах). Пасля спуску паветранага шара на фотаэмульсіі былі выяўлены сляды зараджаных часціц, сярод якіх былі мезоны. За свае дасягненні Х. Юкава ў 1949 г. і С. Пауэл у 1950 г. былі ўзнагароджаны Нобелеўскаю прэміяй.
Выявіць нейтральны мезон значна цяжэй, бо з-за свае электрычнай нейтральнасці ён не пакідае слядоў у фотаэмульсіі. Мезон
быў выяўлен па прадуктах распаду ў 1950 годзе.
Піоны з'яўляюцца псеўда-голдстоўнаўскімі базонамі (базонамі Намбу — Голдстоўна са спантана парушанаю сіметрыяй). Гэта з'яўляецца прычынай таго, што маса піонаў значна меншая за масу іншых мезонаў, напрыклад η-мезона (547,75 МэВ/c²).
Тэарэтычны агляд
На цяперашні час, згодна з квантавай хромадынамікай, вядома, што моцнае ўзаемадзеянне пераносіцца глюонамі. Тым не менш, можна сфармуляваць так званую эфектыўную тэорыю ўзаемадзеяння ўнутрыядзерных часціц (Сігма-мадэль), у якой пераносчыкамі ўзаемадзеяння з'яўляюцца піоны. Нягледзячы на тое, што гэта тэорыя (прапанаваная Х. Юкавой) справядліва толькі для пэўнага прамежку энергій, яна дазваляе праводзіць спрошчаныя разлікі ў гэтым дыяпазоне і даваць больш наглядныя тлумачэнні. Напрыклад, сілы ўзаемадзеяння, якія пераносяцца піонамі, можна кампактна апісаць з дапамогай патэнцыялу Юкавы.
Спасылкі
- Эксперыментальныя ўласцівасці зараджаных і нейтральных піонаў (сайт Particle Data Group). (англ.)