Pion

A részecskefizika területén a pion (pi-mezon) közös neve az 1947-ben felfedezett három szubatomi részecsének: a π0, π+ és π‒ részecskéknek. A pionok a legkönnyebb mezonok.

Alapvető tulajdonságai

A pozitív pion (π+) kvarkszerkezete: Egy u-kvarkot és egy anti-d-kvarkot tartalmaz

A pionoknak nulla spinjük van és első-családbeli kvarkokból épül fel. Egy u és egy anti-d kvark alkotja a π+, míg egy d és egy anti-u kvark a π‒ részecskét, az antirészecskéjét. Mind az u és anti-u, mind a d és anti-d, együtt semleges, de mivel az előbbi párok azonos kvantumszámokkal rendelkeznek, csak a két pár szuperpozíciójaként található meg. A legalacsonyabb energiájú szuperpozíció a π0, amely saját antirészecskéje.

A π± mezonok tömege 139,6 MeV/c2 és az élettartamuk 2,6 · 10‒8 másodperc. A fő bomlási módban (99,9877%) müon és müonneutrínó vagy ezek antirészecskéje jön létre:

π + → μ + + ν μ {\displaystyle \pi ^{+}\to \mu ^{+}+\nu _{\mu }\,}
π − → μ − + ν ¯ μ {\displaystyle \pi ^{-}\to \mu ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mu }\,}

A második leggyakoribb bomlásuk (0,0123%) során elektron vagy pozitron, illetve a nekik megfelelő neutrínók jönnek létre, úgy, hogy teljesül a leptonszám-megmaradás:

π + → e + + ν e ,       π − → e − + ν ¯ e . {\displaystyle \pi ^{+}\to e^{+}+\nu _{e},~~~\pi ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.}

A π0 tömege kicsit kevesebb (135,0 MeV/c2) és sokkal rövidebb élettartamú (8,4 · 10‒17 másodperc). A fő bomlási módjában (98,798%) két foton keletkezik:

π 0 → 2 γ {\displaystyle \pi ^{0}\to 2\gamma \,}

A második leggyakoribb bomlásánál (1,198%), ami Dalitz-bomlás néven ismert, egy foton és egy elektron-pozitron pár keletkezik:

π 0 → γ + e + + e − {\displaystyle \pi ^{0}\to \gamma +e^{+}+e^{-}} .

Az élettartamuk azért ennyire eltérő, mert a töltött pionok bomlását a gyenge kölcsönhatás, a semlegesét az elektromágneses kölcsönhatás hozza létre.

Részecske Jel Anti-
részecske 		Kvark
összetétel 		Spin és paritás Nyugalmi tömeg
MeV/c2 		S C B közepes élettartam
s 		bomlástermékei
Töltött
Pion 		    π + {\displaystyle \mathrm {\pi ^{+}} }         π − {\displaystyle \mathrm {\pi ^{-}} }         u d ¯ {\displaystyle \mathrm {u{\bar {d}}} }     Pszeudoskalár
139.6
    0       0       0   
2.60×10-8
μ+ + νμ
Semleges
Pion 		    π 0 {\displaystyle \mathrm {\pi ^{0}} }     önmaga     u u ¯ − d d ¯ 2 {\displaystyle \mathrm {\frac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} }     Pszeudoskalár
135.0
    0       0       0   
0.84×10-16
2γ

Története

Hideki Yukawa 1935-ös elméleti munkája egy mezon létezését jósolta meg, a magerő hordozó részecskéjéét. Töltött pionokat kísérletileg 1947-ben a Cecil Powell által vezetett csoport talált. A csoport fotoemulziót ballonokkal nagy magasságokba küldött, ahol erős kozmikus sugárzás van. Miután a ballonok visszatértek, mikroszkópos vizsgálattal töltött részecskék nyomait tudták vizsgálni, melyek között pionoké is előfordult. Yukawa munkáját 1949-ben Powellét 1950-ben fizikai Nobel-díjjal jutalmazták.

A π0 részecske sokkal nehezebben megfigyelhető, mint a π±; mivel elektromosan semleges nem hagy nyomot az emulzióban. A π0 részecskét 1950-ben a bomlástermékei révén találták meg.

Források

  • Gerald Edward Brown and A. D. Jackson, The Nucleon-Nucleon Interaction, (1976) North-Holland Publishing, Amsterdam ISBN 0-7204-0335-9

További információk

  • Discovery of the pion – 1947. fafnir.phyast.pitt.edu
  • D. Perkins: The Discovery of the Pion in Bristol in 1947. www.cbpf.br (Hozzáférés: 2013. november 25.) arch
  • Mezonok a Particle Data Group-nál
  • Mezonok a Hyperphysics-ben