Pion - cząstka - Polski Serwis Naukowy

Mezon π (pion) – najlżejszy mezon, należy do nonetu π, K, η. Występuje w trzech odmianach:

neutralnej (mezon ten jest sam dla siebie antycząstką)

$\pi^{0}=\frac{1}{\sqrt{2}}(u\bar{u}-d\bar{d})$ m = 134,9766 MeV/c² τ = (8,4 ± 0,6) 10 s

i dwóch naładowanych (które są dla siebie nawzajem antycząstkami)

$\pi^{+}=u\bar{d}$ $\pi^{-}=d\bar{u}$ m = 139,57018 ± 0,00035 MeV/c² τ = (2,6033 ± 0,0005) 10 s

Gdzie: m – masa spoczynkowa cząstki τ – średni czas życia cząstki d, u – kwarki dolny i górny

Rozpad

Rozpad naładowanych mezonów π odbywa się w oddziaływaniach słabych, prawie zawsze wg schematu $\pi^{+} \rightarrow \mu^{+}\nu_{\mu}$ (powstaje antymion i neutrino mionowe), ale też np.

Skrętność – wielkość fizyczna używana w fizyce cząstek elementarnych, oznacza rzut wektora spinu (wewnętrznego momentu pędu) na kierunek ruchu cząstki:

Kwark – cząstka elementarna, fermion, posiadający ładunek koloru (czyli podlegający oddziaływaniom silnym). Według obecnej wiedzy cząstki elementarne będące składnikami materii można podzielić na dwie grupy. Pierwszą grupę stanowią kwarki, drugą grupą są leptony. Każda z tych grup zawiera po sześć cząstek oraz ich antycząstki. Istnieje więc sześć rodzajów kwarków oraz odpowiednio sześć rodzajów ich antycząstek – antykwarków.

$\pi^{+} \rightarrow e^{+}\nu_{e}$ – z prawdopodobieństwem ok. 1,2·10

$\pi^{+} \rightarrow \mu^{+}\nu_{\mu}\gamma$ – 2,0·10

$\pi^{+} \rightarrow e^{+}\nu_{e}\gamma$ – 1,6·10

(Ujemne piony rozpadają się analogicznie, np. $\pi^{-} \rightarrow \mu^{-}\bar{\nu_{\mu}}$ ).

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 obojętnego pionu – za pośrednictwem oddziaływań elektromagnetycznych najczęściej (ok. 98,8%) na fotony wg schematu $\pi^{0} \rightarrow \gamma\gamma$ , niekiedy (ok. 1,2%) $\pi^{0} \rightarrow \gamma e^{+}e^{-}$ lub inaczej.

Proton, p <(gr.) πρῶτον – "pierwsze" (l.poj., rodz. nijaki)> - trwała cząstka elementarna z grupy barionów o ładunku +1 i masie spoczynkowej równej ok. 1 u. Protony są głównym składnikiem pierwotnego promieniowania kosmicznego. Protony wraz z neutronami (→ nukleony) tworzą jądra atomowe pierwiastków chemicznych. Liczba protonów w jądrze danego atomu jest równa jego liczbie atomowej, która z kolei jest podstawą uporządkowania atomów w układzie okresowym pierwiastków.

Miony to nietrwałe cząstki elementarne należące do kategorii leptonów. Występują w dwóch stanach ładunkowych (będących wzajemnie antycząstkami) μ+ i μ–. Masa mionu wynosi 105,66 MeV/c², gdzie c - prędkość światła w próżni, okres połowicznego zaniku jest równy 1,5 mikrosekundy (średni czas życia τ=2,2×10–6 s). Rozpadają się najczęściej na elektron, antyneutrino elektronowe oraz neutrino mionowe (µ+ odpowiednio na pozyton, neutrino elektronowe i antyneutrino mionowe). Należą do drugiej generacji cząstek elementarnych i wykazują pokrewieństwo z elektronem, tzn. posiadają takie same własności co elektron, z wyjątkiem około 207 razy większej masy.

Wymiana pionu zero

Historia

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

Atom egzotyczny - atom, w którym elektron jest zastąpiony inną ujemną cząstką. W szerszym znaczeniu również taki, w którym jądro zastąpione jest inną cząstką dodatnią.

Promieniowanie charakterystyczne to zwyczajowa nazwa linii widmowych atomów pierwiastków, powstających w wyniku wybicia elektronu z dolnych powłok elektronowych i przejścia elektronów "w dół". Związane jest to z tym, że gdy nastąpi wybicie elektronu z niskiej powłoki (np. K, lub L) następuje wzbudzenie atomu (atom bez elektronu z powłoki K ma większą energię niż z), które po pewnym czasie zanika w wyniku kaskadowego przejścia elektronów na niższe powłoki (efekt Augera). Oznaczenia linii widmowych promieniowania charakterystycznego:

$n + \pi^{+} \rightarrow p$ $p + \pi^{-} \rightarrow n$ $n + \pi^{0} \rightarrow n$ $p + \pi^{0} \rightarrow p$

Badania

Najbardziej precyzyjną metodą wyznaczania masy mezonu $\pi ^{-}$ jest badanie promieniowania charakterystycznego atomów $\pi ^{-}$ -mezonowych (mezoatomów $\pi ^{-}$ – atomów egzotycznych zawierających zamiast jednego elektronu mezon $\pi ^{-}$ ).

Przypisy

↑ mezony w PDG

Źródła

Dane pochodzą z biuletynu PDG.