Pion (cząstka)

Mezon π+ (pion) złożony jest z kwarku u i antykwarku d
Diagram Feynmana rozpadu pionu pi plus. Rozpad naładowanych mezonów π odbywa się w oddziaływaniach słabych, prawie zawsze według schematu π+ → μ+νμ (powstaje antymion i neutrino mionowe)

Mezon π (pion) – najlżejszy mezon, o zerowym spinie. Występuje w trzech odmianach π0, π+ i π, które razem z cząstkami K, η tworzą nonet.

Charakterystyka:

  • mezon π0 jest neutralny elektrycznie i jest sam dla siebie antycząstką
π0 = (uudd) – mezon ten jest superpozycją kwarków uu z kwarkami dd
m = 134,9766 MeV/c²
τ = (8,4 ±0,6)×10−17 s – krótki średni czas życia
  • mezony π+ i π niosą ładunek elementarny +1 i −1; złożone są z kwarku i antykwarku pierwszej generacji i są dla siebie nawzajem antycząstkami
π+ = ud
π = du
m = 139,57018 ±0,00035 MeV/c²
τ = (2,6033 ±0,0005)×10−8 s – długi średni czas życia

Gdzie:

mmasa spoczynkowa cząstki
u, ukwarki i antykwark górny (ang. up), d, d – kwark i antykwark dolny (ang. down)

Rozpad

Schemat rozpadu pionu obojętnego na fotony

Rozpad naładowanych mezonów π odbywa się w oddziaływaniach słabych, prawie zawsze według schematu π+ → μ+νμ (powstaje antymion i neutrino mionowe), ale też np.

  • π+e+νe (z prawdopodobieństwem ok. 1,2×10−4)
  • π+ → μ+νμγ (z prawdopodobieństwem ok. 2,0×10−4)
  • π+ → e+νeγ (z prawdopodobieństwem ok. 1,6×10−7)

Ujemne piony rozpadają się analogicznie, np. π → μνμ[1].

Przyczyna rozpadu pionu głównie na miony, a nie elektrony, jest związana z mniejszą różnicą mas i rosnącą z masą różnicą między chiralnością a skrętnością.

Natomiast rozpad obojętnego pionu – za pośrednictwem oddziaływań elektromagnetycznych – następuje najczęściej (ok. 98,8%) na fotony według schematu π0 → γγ, niekiedy (ok. 1,2%) π0e+e lub inaczej[1].

Historia

Wymiana pionu zero

Po raz pierwszy mezony pi pojawiły się w teorii Hideki Yukawy oddziaływań wewnątrzjądrowych – za ich pomocą opisywał on oddziaływania międzynukleonowe (proton-neutron, proton-proton, neutron-neutron) jako wymianę mezonów π, zgodnie z reakcjami:

n + π+ → p
p + π → n
n + π0 → n (zob. diagram obok)
p + π0 → p (zob. diagram obok)

Badania

Najbardziej precyzyjną metodą wyznaczania masy mezonu π jest badanie promieniowania charakterystycznego atomów π-mezonowych (mezoatomów πatomów egzotycznych zawierających zamiast jednego elektronu mezon π).

Przypisy

Bibliografia

Dane pochodzą z biuletynu PDG.

Media użyte na tej stronie

Quark structure pion.svg
Autor: Autor nie został podany w rozpoznawalny automatycznie sposób. Założono, że to Harp (w oparciu o szablon praw autorskich)., Licencja: CC BY-SA 2.5
The quark structure of the positive pion+). The positive pion is comprised of an up quark and an anti-down quark. The strong force is mediated by gluons (wavey). The strong force has three types of charges, the so called red, green and the blue. Here the up has blue, the anti-down anti-blue colour charge, so the pion is colour neutral.
Diagram Feynmana dominujący dotyczący procesu rozpadu pionu obojętnego na dwa fotony.png
Autor: Persino, Licencja: CC BY-SA 3.0
Diagram Feynmana dotyczący procesu rozpadu pionu obojętnego na dwa fotony
Pn Scatter Quarks.svg
Autor: Fred the Oyster, Licencja: CC BY-SA 4.0
Feynman diagram of proton–neutron scattering mediated by a pion, with individual quarks shown.
PiPlus muon decay.svg
Autor: Krishnavedala, Licencja: CC0
Feynman diagram of a positive pion decay.