pivoňka ( ) | |
---|---|
Rodina | boson |
Skupina | hadron , mezon , pseudo- Goldstoneův boson , pseudoskalární boson |
Účastní se interakcí | Silné , elektromagnetické , slabé a gravitační |
Antičástice | |
Počet typů | 3 |
Hmotnost |
nabito: 139,57061(24) MeV neutrál: 134,9770(5) MeV |
Život |
nabito: 2,6033(5)⋅10 −8 s neutrální: 8,20(0,24)⋅10 −17 s |
Teoreticky oprávněné | Hideki Yukawa , v roce 1935 |
Objevil | V roce 1947 |
Po kom nebo co je pojmenováno | řecký πῖ - písmeno pí a μέσον - střední |
kvantová čísla | |
Elektrický náboj | ±1 (0) |
baryonové číslo | 0 |
Roztočit | 0 ħ |
Parita | −1 |
Izotopový spin | ±1 (0) |
Třetí složka slabého isospinu | +1 |
Podivnost | 0 |
kouzlo | 0 |
Hypercharge | 0 |
Slabý hypernáboj | 0, -2;-1 |
Další vlastnosti | |
Složení kvarku |
nabitý: neutrální: |
Schéma rozpadu | μ + + ν μ (2 γ ) |
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Pivoňka , pi-mezon ( řecky πῖ - písmeno pi a μέσον - střední ) - tři typy subatomárních částic ze skupiny mezonů . Označuje se π 0 , π + a π − . Mají nejmenší hmotnost mezi mezony. Otevřeno v roce 1947 . Jsou nositeli jaderných sil mezi nukleony v jádře. Nabité piony se obvykle rozpadají na mion a mionové (anti) neutrino , neutrální piony na dvě gama kvanta .
Pivoňky všeho druhu:
Typy mezonů π podle kvarkového modelu:
Všechny piony se skládají z kvarků a antikvarků první generace, takže nemají žádné příchutě , explicitní i latentní: podivnost S , kouzlo C , kouzlo B′ a pravda T .
Poloměr nabití nabitých pionů je 0,659(4) fm [1] .
Záporně nabitý pion může být zachycen atomovým jádrem na oběžnou dráhu podobnou elektronu a vytvořit s ním krátkodobý exotický atom - tzv. pionový atom .
Dva různě nabité piony mohou tvořit vázaný systém - pionium , exotický atom vázaný hlavně Coulombovou přitažlivostí. Životnost takového systému (cca 3⋅10 −15 s) je mnohem kratší než životnost jednoho nabitého pionu, protože částice a antičástice do něj vstupující se rychle navzájem anihilují, obvykle tvoří dva neutrální piony, z nichž každý pak se rozpadá na dva fotony [2] .
Rozpad neutrálního pionu je způsoben elektromagnetickou interakcí, zatímco nabité piony se rozpadají slabou interakcí, jejíž vazebná konstanta je mnohem menší. Proto se poločasy neutrálních a nabitých pionů výrazně liší.
Mezony mají hmotnost 139,57061(24) MeV/ c ² a relativně dlouhou životnost podle jaderných standardů : 2,6033(5)⋅10 −8 sekund [3] . Dominantním kanálem (s pravděpodobností 99,98770(4)%) je rozpadový kanál na mion a mionové neutrino nebo antineutrino :
Dalším nejpravděpodobnějším kanálem pro rozpad nabitých pionů je radiační (tj. doprovázená gama-kvantovou) variantou výše uvedeného rozpadu ( a ), která se vyskytuje pouze v 0,0200(25) % případů [3] . Dále přichází silně potlačený (0,01230(4)%) rozpad na pozitron a elektronové neutrino ( ) pro kladný pion a na elektron a elektronové antineutrino ( ) pro záporný pion [3] . Důvodem pro potlačení „elektronických“ rozpadů oproti „mionovým“ rozpadům je zachování helicity pro ultrarelativistické částice, které vznikají při „elektronických“ rozpadech: kinetická energie elektronu i neutrina při tomto rozpadu je mnohem větší než jejich hmotností, proto je jejich helicita (s dobrou přesností) zachována a rozpad je potlačen vzhledem k mionovému módu faktorem:
Měření tohoto faktoru umožňuje ověřit přítomnost případných malých pravotočivých nečistot v levostranných ( V − A ) nabitých proudech ve slabé interakci.
Stejně jako v případě mionových rozpadů jsou rozpady radiačních elektronů ( a ) ve srovnání s nezářivými silně potlačeny, jejich pravděpodobnost je pouze 7,39(5)⋅10 −5 % [3] .
Ještě silněji potlačený v pravděpodobnosti (1,036(6)⋅10 −6 %) je rozpad kladného pionu na neutrální pion, pozitronové a elektronové neutrino ( ) a záporného pionu na neutrální pion , elektron a elektronové antineutrino ( ) [3] . Potlačení tohoto rozpadu je vysvětleno zákonem zachování vektorového proudu ve slabé interakci [4] .
Konečně byl objeven další typ nabitého rozpadu pionů. V tomto případě jsou produkty rozpadu kladného pionu pozitron, elektronové neutrino a elektron-pozitronový pár ( ), zatímco produkty rozpadu záporného pionu jsou elektron, elektronové antineutrino a elektron-pozitronový pár. ( ). Pravděpodobnost takového rozpadu je 3,2(5)⋅10 −7 % [3] .
Neutrální pion má mírně nižší hmotnost (134,9770(5) MeV/c² ) a mnohem kratší životnost než nabité piony: 8,52(18)⋅10 −17 sekund [ 3] . Hlavním z nich (pravděpodobnost 98,823(34) %) je rozpadový kanál na dva fotony [3] :
Každý z těchto fotonů unáší energii 67,49 MeV (pokud byl rozpadlý pion v klidu).
Druhý v pravděpodobnosti (1,174(35)%) je rozpadový kanál na foton a elektron-pozitronový pár [3] :
(včetně ojedinělého případu, kdy se pár elektron-pozitron zrodí ve vázaném stavu - ve formě pozitronia ; pravděpodobnost takového výsledku je 1,82(29)⋅10 −7 % [3] ).
Další kanály rozpadu neutrálních pionů z hlediska pravděpodobnosti jsou bezzáření rozpady na dva (pravděpodobnost 3,34(16)⋅10−3 ) %) a jeden (6,46(33)⋅10−6 ) %) páry elektron-pozitron [3] :
Rozpadové kanály na čtyři fotony (experimentálně omezené na méně než 2⋅10 −6 ) %) a na pár neutrino-antineutrino (méně než 2,7⋅10 −5 ) %) byly předpovězeny, ale dosud nebyly objeveny [3] .
V teoretické práci Hideki Yukawa v roce 1935 bylo předpovězeno, že existují částice, které nesou silnou sílu , mezony (Yukawa původně navrhoval název mesotron , ale byl opraven Wernerem Heisenbergem , jehož otec učil řečtinu ).
V roce 1947 byly nabité piony experimentálně objeveny týmem výzkumníků pod vedením Cecila Franka Powella . Vzhledem k tomu, že v té době neexistovaly žádné urychlovače dostatečně výkonné na výrobu pionů, provádělo se pátrání pomocí fotografických desek zvednutých balónem do stratosféry , kde byly vystaveny kosmickému záření (fotografické desky byly instalovány i v horách, např. v astrofyzikální laboratoři na sopce " Chacaltaya " v Andách ). Po sestupu balónu byly na fotografické emulzi nalezeny stopy nabitých částic, mezi nimiž byly mezony. Za své úspěchy byli Yukawa (v roce 1949 ) a Powell (v roce 1950 ) oceněni Nobelovou cenou za fyziku .
Je mnohem obtížnější detekovat neutrální mezon (protože díky své elektrické neutralitě nezanechává stopy ve fotografických emulzích a dalších detektorech stop). Byl identifikován podle produktů rozkladu v roce 1950 . Životnost neutrálních mezonů byla experimentálně stanovena v roce 1963 [5] .
Nyní je známo (podle kvantové chromodynamiky ), že silná síla je zprostředkována gluony . Přesto je možné formulovat tzv. efektivní teorii interakce intranukleárních částic ( sigma model ), ve které jsou nositeli jaderných sil interakce piony. Navzdory tomu, že tato teorie (navržená Yukawou) je správná pouze v určitém rozsahu energií, umožňuje v ní zjednodušené výpočty a poskytuje vizuální vysvětlení [6] . Síly vzájemného ovlivňování nesené piony (jako jsou jaderné síly, které vážou nukleony v atomovém jádře ) lze kompaktně popsat pomocí Yukawova potenciálu .
Částice ve fyzice | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
základní částice |
| ||||||||||||
Kompozitní částice |
| ||||||||||||