Пі-мезон

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Піон
сімвал

π± (π0)

маса

139,57018(35) (134,9766(6)) МэВ

антычасціца

\pi^{\mp} \quad (\pi^0)

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)

склад часціцы

u\bar{d},d\bar{u},(u\bar{u}-d\bar{d})

Пі-мезо́н, піо́н (грэч.: πῖлітара пі і μέσονсярэдні) — тры віды субатамных часціц з групы мезонаў. Абазначаюцца π0, π+ і π. Маюць найменшую масу сярод мезонаў. Былі адкрыты ў 1947 годзе.

Уласцівасці[правіць | правіць зыходнік]

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).

Фейнманаўская дыяграма асноўнага шляху лептоннага распаду зараджанага піона.

Мезоны \pi^+, \pi^- 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:

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

Наступным па імавернасці каналам распаду зараджаных піонаў з'яўляецца моцна заглушаны (малаімаверны: 0,0123 %) распад дадатнага піона на пазітрон і электроннае нейтрына

\pi^+\to e^++\nu_e ,

адмоўнага піона — на электрон і электроннае антынейтрына

\pi^-\to e^-+\bar{\nu}_e .

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 \pi^0 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:

\pi^0\to2\gamma.

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[правіць | правіць зыходнік]

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 \pi^0 значна цяжэй, бо з-за свае электрычнай нейтральнасці ён не пакідае слядоў у фотаэмульсіі. Мезон \pi^0 быў выяўлен па прадуктах распаду ў 1950 годзе.

Піоны з'яўляюцца псеўда-голдстоўнаўскімі базонамі (базонамі НамбуГолдстоўна 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[правіць | правіць зыходнік]

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[правіць | правіць зыходнік]