Пі-мезон

Шаблон:Элементарная часціца Пі-мезо́н, піо́н (Шаблон:Lang-el — літара пі і Шаблон:Lang-el2 — сярэдні) — тры віды субатамных часціц з групы мезонаў. Абазначаюцца Шаблон:Math, Шаблон:Math і Шаблон:Math. Маюць найменшую масу сярод мезонаў. Былі адкрыты ў 1947 годзе.

Уласцівасці

Піоны маюць нулявы спін і складаюцца з пары кварк-антыкварк першага пакалення. Паводле кваркавай мадэлі u- і анты-d-кваркі ўтвараюць Шаблон:Math-мезон, з d і анты-u-кваркаў складаецца яго антычасціца, Шаблон:Math-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 Шаблон:Math 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 2,6Шаблон:E секунды. Асноўным каналам распаду (з імавернасцю 99,9877 %) з'яўляецца канал распаду на мюон і нейтрына ці антынейтрына:

${\pi }^{+}\to {\mu }^{+}+{\nu }_{\mu },$

${\pi }^{-}\to {\mu }^{-}+{\overline{\nu }}_{\mu }.$

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

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

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 8,4Шаблон:E секунды. Галоўным (імавернасць 98,798 %) з'яўляецца канал распаду на два фатоны:

${\pi }^0\to 2\gamma .$

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

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 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). Шаблон:Ref-en