Пион (частица)

Поделись знанием:
(перенаправлено с «Пи-мезон»)
Перейти к: навигация, поиск

Пио́н, пи-мезо́н (греч. πῖ — буква пи и μέσον — средний) — три вида субатомных частиц из группы мезонов. Обозначаются π0, π+ и π. Имеют наименьшую массу среди мезонов. Открыты в 1947 году.

Пион
Символ <math>\pi^\pm \quad (\pi^0)</math>
Масса 139,57018(35) (134,9766(6)) МэВ
Античастица <math>\pi^{\mp} \quad (\pi^0)</math>
Участвует во взаимодействиях Сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное
Классы бозон, адрон, мезон
Квантовые числа
Электрический заряд ±1     (0)
Спин 0
Изотопический спин ±1     (0)
Барионное число 0
Странность 0
Очарование 0
Другие свойства
Время жизни 2,6033(5)·10−8 с
(8,20 ± 0,24)·10−17 с)
Схема распада μ+ + νμ     (2γ)
Кварковый состав <math>u\bar{d},d\bar{u},(u\bar{u}-d\bar{d})</math>






Свойства

Тезисно:

Виды π-мезонов, согласно кварковой модели:

  • Заряженные:
    • u- и анти-d-кварки — формируют π+-мезон;
    • Из d и анти-u-кварков — состоит античастица π+-мезона: π-мезон.
  • Электрически-нейтральные комбинации u и анти-u и d и анти-d — могут существовать только в виде суперпозиции, так как имеют одинаковый набор квантовых чисел. Низшее энергетическое состояние подобной суперпозиции — π0-мезон, являющийся античастицей для себя самого (истинно нейтральная частица, подобно фотону).

Распад пи-мезонов

Распад нейтрального пиона обусловлен электромагнитным взаимодействием, — тогда как заряженные пионы распадаются посредством слабого взаимодействия, константа связи которого значительно меньше. Поэтому периоды полураспадов нейтрального и заряженного пионов существенно различаются.

Заряженные

Мезоны <math>\pi^+, \pi^-</math> имеют массу 139,6 MэВ/c² и относительно большой, — по ядерным меркам, — период полураспада: 2,6·10−8 секунды. Доминирующим (с вероятностью 99,9877 %) является канал распада в мюон и нейтрино или антинейтрино:

<math>\pi^+\to\mu^++\nu_\mu,</math>
<math>\pi^-\to\mu^-+\bar{\nu}_\mu.</math>

Следующим по вероятности каналом распада заряженных пионов является сильно подавленный (0,0123 %) распад на позитрон и электронное нейтрино (<math>\pi^+\to e^++\nu_e</math>) для положительного пиона — и на электрон и электронное антинейтрино (<math>\pi^-\to e^-+\bar{\nu}_e</math>) для отрицательного пиона. Причина подавления электронных распадов по сравнению с мюонными — сохранение спиральности для ультрарелятивистских частиц: кинетическая энергия как электрона, так и нейтрино в этом распаде значительно больше их масс, — поэтому их спиральность (с хорошей точностью) сохраняется, и распад подавляется, по отношению к мюонной моде, — множителем:

<math>R_\pi = (m_e/m_\mu)^2 \left(\frac{M_\pi-M_e}{M_\pi-M_\mu}\right)^2.</math>

Измерения этого множителя позволяют проверить наличие возможных малых правых примесей к левым (V − A) заряженным токам в слабом взаимодействии.

Нейтральные

Нейтральный пи-мезон <math>\pi^0</math> имеет немного меньшую массу: 135,0 MэВ/c² — и гораздо меньший период полураспада, чем заряженные пи-мезоны: <math>(8{,}52 \pm 0{,}18)\cdot 10^{-17}</math> секунды[1]. Главным (вероятность 98,798 %) является канал распада в два фотона:

<math>\pi^0\to2\gamma.</math>

История открытия

В теоретической работе Хидэки Юкавы, в 1935 году, было предсказано: существуют частицы, переносящие сильное взаимодействие — мезоны (первоначально, Юкава предложил название мезотрон, — но был исправлен Вернером Карлом Гейзенбергом, чей отец преподавал греческий язык).

Заряженные пи-мезоны

В 1947 году — заряженные пионы были экспериментально обнаружены группой исследователей, под руководством Сесила Фрэнка Пауэлла. Поскольку достаточно мощных ускорителей в то время ещё не существовало (для рождения пионов) — проводился поиск с помощью фотопластинок, поднятых на аэростате в стратосферу, где они подвергались воздействию космических лучей (также, фотопластинки устанавливались в горах, — например, в астрофизической лаборатории на вулкане «Чакалтайя» в Андах). После спуска воздушного шара — на фотоэмульсии были обнаружены следы заряженных частиц, среди которых были мезоны. За свои достижения — Юкава (в 1949 году) и Пауэлл (в 1950 году) были награждены Нобелевской премией.

Электрически-нейтральные пи-мезоны

Обнаружить нейтральный мезон <math>\pi^0</math> — гораздо сложнее (так как, — в силу своей электрической нейтральности, — он не оставляет следов в фотоэмульсии). Он был идентифицирован по продуктам распада в 1950 году.

Теоретический обзор

В настоящее время (согласно квантовой хромодинамике) — известно, что сильное взаимодействие осуществляется посредством глюонов.

Сигма-модель

Тем не менее, — можно сформулировать так называемую эффективную теорию взаимодействия внутриядерных частиц (Сигма-модель), в которой переносчиками взаимодействия являются пионы. Несмотря на то, что эта теория (предложенная Юкавой) верна только в определённом диапазоне энергий, — она позволяет проводить в нём упрощённые вычисления и даёт наглядные объяснения. Например, силы взаимодействия, — переносимые пионами, — можно компактно описать при помощи потенциала Юкавы.

См. также

Напишите отзыв о статье "Пион (частица)"

Примечания

  1. [pdg8.lbl.gov/rpp2014v2/pdgLive/DataBlock.action?node=S009T π0 mean life]. PDG Live.

Ссылки

  • Экспериментальные свойства [pdg.lbl.gov/2010/listings/rpp2010-list-pi-plus-minus.pdf заряженных] и [pdg.lbl.gov/2010/listings/rpp2010-list-pi-zero.pdf нейтральных] пионов (сайт Particle Data Group, англ.).

Отрывок, характеризующий Пион (частица)

9 го августа князь Василий встретился опять у Анны Павловны с l'homme de beaucoup de merite [человеком с большими достоинствами]. L'homme de beaucoup de merite ухаживал за Анной Павловной по случаю желания назначения попечителем женского учебного заведения императрицы Марии Федоровны. Князь Василий вошел в комнату с видом счастливого победителя, человека, достигшего цели своих желаний.
– Eh bien, vous savez la grande nouvelle? Le prince Koutouzoff est marechal. [Ну с, вы знаете великую новость? Кутузов – фельдмаршал.] Все разногласия кончены. Я так счастлив, так рад! – говорил князь Василий. – Enfin voila un homme, [Наконец, вот это человек.] – проговорил он, значительно и строго оглядывая всех находившихся в гостиной. L'homme de beaucoup de merite, несмотря на свое желание получить место, не мог удержаться, чтобы не напомнить князю Василью его прежнее суждение. (Это было неучтиво и перед князем Василием в гостиной Анны Павловны, и перед Анной Павловной, которая так же радостно приняла эту весть; но он не мог удержаться.)
– Mais on dit qu'il est aveugle, mon prince? [Но говорят, он слеп?] – сказал он, напоминая князю Василью его же слова.
– Allez donc, il y voit assez, [Э, вздор, он достаточно видит, поверьте.] – сказал князь Василий своим басистым, быстрым голосом с покашливанием, тем голосом и с покашливанием, которым он разрешал все трудности. – Allez, il y voit assez, – повторил он. – И чему я рад, – продолжал он, – это то, что государь дал ему полную власть над всеми армиями, над всем краем, – власть, которой никогда не было ни у какого главнокомандующего. Это другой самодержец, – заключил он с победоносной улыбкой.
– Дай бог, дай бог, – сказала Анна Павловна. L'homme de beaucoup de merite, еще новичок в придворном обществе, желая польстить Анне Павловне, выгораживая ее прежнее мнение из этого суждения, сказал.
– Говорят, что государь неохотно передал эту власть Кутузову. On dit qu'il rougit comme une demoiselle a laquelle on lirait Joconde, en lui disant: «Le souverain et la patrie vous decernent cet honneur». [Говорят, что он покраснел, как барышня, которой бы прочли Жоконду, в то время как говорил ему: «Государь и отечество награждают вас этой честью».]
– Peut etre que la c?ur n'etait pas de la partie, [Может быть, сердце не вполне участвовало,] – сказала Анна Павловна.
– О нет, нет, – горячо заступился князь Василий. Теперь уже он не мог никому уступить Кутузова. По мнению князя Василья, не только Кутузов был сам хорош, но и все обожали его. – Нет, это не может быть, потому что государь так умел прежде ценить его, – сказал он.
– Дай бог только, чтобы князь Кутузов, – сказала Анпа Павловна, – взял действительную власть и не позволял бы никому вставлять себе палки в колеса – des batons dans les roues.
Князь Василий тотчас понял, кто был этот никому. Он шепотом сказал:
– Я верно знаю, что Кутузов, как непременное условие, выговорил, чтобы наследник цесаревич не был при армии: Vous savez ce qu'il a dit a l'Empereur? [Вы знаете, что он сказал государю?] – И князь Василий повторил слова, будто бы сказанные Кутузовым государю: «Я не могу наказать его, ежели он сделает дурно, и наградить, ежели он сделает хорошо». О! это умнейший человек, князь Кутузов, et quel caractere. Oh je le connais de longue date. [и какой характер. О, я его давно знаю.]
– Говорят даже, – сказал l'homme de beaucoup de merite, не имевший еще придворного такта, – что светлейший непременным условием поставил, чтобы сам государь не приезжал к армии.
Как только он сказал это, в одно мгновение князь Василий и Анна Павловна отвернулись от него и грустно, со вздохом о его наивности, посмотрели друг на друга.


В то время как это происходило в Петербурге, французы уже прошли Смоленск и все ближе и ближе подвигались к Москве. Историк Наполеона Тьер, так же, как и другие историки Наполеона, говорит, стараясь оправдать своего героя, что Наполеон был привлечен к стенам Москвы невольно. Он прав, как и правы все историки, ищущие объяснения событий исторических в воле одного человека; он прав так же, как и русские историки, утверждающие, что Наполеон был привлечен к Москве искусством русских полководцев. Здесь, кроме закона ретроспективности (возвратности), представляющего все прошедшее приготовлением к совершившемуся факту, есть еще взаимность, путающая все дело. Хороший игрок, проигравший в шахматы, искренно убежден, что его проигрыш произошел от его ошибки, и он отыскивает эту ошибку в начале своей игры, но забывает, что в каждом его шаге, в продолжение всей игры, были такие же ошибки, что ни один его ход не был совершенен. Ошибка, на которую он обращает внимание, заметна ему только потому, что противник воспользовался ею. Насколько же сложнее этого игра войны, происходящая в известных условиях времени, и где не одна воля руководит безжизненными машинами, а где все вытекает из бесчисленного столкновения различных произволов?
После Смоленска Наполеон искал сражения за Дорогобужем у Вязьмы, потом у Царева Займища; но выходило, что по бесчисленному столкновению обстоятельств до Бородина, в ста двадцати верстах от Москвы, русские не могли принять сражения. От Вязьмы было сделано распоряжение Наполеоном для движения прямо на Москву.
Moscou, la capitale asiatique de ce grand empire, la ville sacree des peuples d'Alexandre, Moscou avec ses innombrables eglises en forme de pagodes chinoises! [Москва, азиатская столица этой великой империи, священный город народов Александра, Москва с своими бесчисленными церквами, в форме китайских пагод!] Эта Moscou не давала покоя воображению Наполеона. На переходе из Вязьмы к Цареву Займищу Наполеон верхом ехал на своем соловом энглизированном иноходчике, сопутствуемый гвардией, караулом, пажами и адъютантами. Начальник штаба Бертье отстал для того, чтобы допросить взятого кавалерией русского пленного. Он галопом, сопутствуемый переводчиком Lelorgne d'Ideville, догнал Наполеона и с веселым лицом остановил лошадь.
– Eh bien? [Ну?] – сказал Наполеон.
– Un cosaque de Platow [Платовский казак.] говорит, что корпус Платова соединяется с большой армией, что Кутузов назначен главнокомандующим. Tres intelligent et bavard! [Очень умный и болтун!]