Пион (частица)

Пио́н (пи-мезон от греч. πῖ μέσον — пи средний) — в физике элементарных частиц этим термином называют субатомные частицы, открытые в 1947 году — $\pi^0$, $\pi^+$ и $\pi^-$. Пионы имеют наименьшую массу среди мезонов.

Пион
Символ	$\pi^{\pm} \quad (\pi^0)\,\!$
Масса	139,6 (135,0)
Античастица	$\pi^{\mp} \quad (\pi^0)\,\!$
Классы	бозон, адрон, мезон
Квантовые числа
Электрический заряд	$\pm 1 \quad (0)$
Спин	0
Изотопический спин	$\pm 1 \quad (0)$
Барионное число	0
Странность	0
Очарование	0
Другие свойства
Время жизни	$2,6 \cdot 10^{-8} \quad (8,4 \cdot 10^{-17})$ c
Схема распада	μ+ + νμ     (2γ)
Кварковый состав	$u\bar{d},d\bar{u},(u\bar{u}-d\bar{d})$

Свойства

Пионы имеют нулевой спин и состоят из пары кварк-антикварк первого поколения. Согласно кварковой модели u и анти-d кварки формируют $\pi^+$ мезон, из d и анти-u кварков состоит его античастица $\pi^-$ мезон. Электрически-нейтральные комбинации u и анти-u и d и анти-d могут существовать только в виде суперпозиции, так как они имеют одинаковый набор квантовых чисел. Низшее энергетическое состояние подобной суперпозиции есть $\pi^0$ мезон, который является античастицей для себя самого (истинно нейтральная частица, подобно фотону).

Мезоны $\pi^+,\pi^-$ имеют массу 139,6 MэВ/c² и средний период полураспада 2,6 × 10⁻⁸ секунды. Главным является канал распада в мюон и нейтрино или антинейтрино:

$\pi^+\to\mu^++\nu_\mu \,$

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

Мезон $\pi^0$ имеет немного меньшую массу 135,0 MэВ/c² и гораздо меньший период полураспада 8,4 × 10⁻¹⁷ секунды. Главным является канал распада в два фотона

$\pi^0\to2\gamma \,$

История открытия

В теоретической работе Х. Юкавы в 1935 году было предсказано существование частиц, переносящих сильное взаимодействие — мезонов (первоначально Юкава предложил название мезотрон, но был исправлен В. Гейзенбергом, чей отец преподавал греческий язык). В 1947 году заряженные пионы были экспериментально обнаружены группой исследователей под руководством С. Пауэлла. Поскольку ускорителей в то время еще не существовало, опыты проводились с фотопластинкой, поднятой при помощи воздушного шара на большую высоту, где она подверглась воздействию космических лучей (также фотопластинки устанавливались в горах, например, в астрофизической лаборатории на вулкане Чакалтайя в Андах). После спуска воздушного шара, на фотоэмульсии обнаружили следы заряженных частиц, среди которых были мезоны. За свои достижения Х. Юкава в 1949 г. и С. Пауэлл в 1950 г. были награждены нобелевской премией.

Обнаружить нейтральный мезон $\pi^0$ гораздо сложнее, так как в силу своей электрической нейтральности он не оставляет следов в фотоэмульсии. Мезон $\pi^0$ был идентифицирован по продуктам распада в 1950 году.

Пионы являются псевдо-бозонами Намбу-Голдстоуна со спонтанно нарушенной симметрией. Это является причиной того, что масса пионов гораздо меньше массы других мезонов, напр. $\eta$-мезона (547,75 МэВ/c²).

Теоретический обзор

В настоящее время, согласно квантовой хромодинамике, известно, что сильное взаимодействие осуществляется посредством глюонов. Тем не менее, можно сформулировать т. н. эффективную теорию взаимодействия внутриядерных частиц (Сигма-модель), в которой переносчиками взаимодействия являются пионы. Несмотря на то, что эта теория (предложенная Х. Юкавой) верна только в определенном диапазоне энергий, она позволяет проводить простые вычисления и давать наглядные объяснения. Например, силы взаимодействия, переносимые пионами, можно компактно описать при помощи потенциала Юкавы.

Ссылки

• Экспериментальные свойства заряженных и нейтральных пионов (сайт Particle Data Group, англ.).

---

Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Пион (частица). Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .

---