Mezon π + {\displaystyle \pi ^{\mathrm {+} }} (pion) złożony jest z kwarku u {\displaystyle u} i antykwarku d ¯ {\displaystyle {\bar {d}}} Diagram Feynmana rozpadu pionu π + {\displaystyle \pi ^{\mathrm {+} }} : rozpad odbywa się w oddziaływaniach słabych prawie zawsze według schematu π + → μ + + ν μ {\displaystyle \pi ^{\mathrm {+} }\to \mu ^{\mathrm {+} }+\nu _{\mu }} (powstaje antymion i neutrino mionowe ) Mezon π {\displaystyle \pi } (pion ) – najlżejszy mezon , o zerowym spinie . Występuje w trzech postaciach π 0 , π + , π − , {\displaystyle \pi ^{\mathrm {0} },\pi ^{\mathrm {+} },\pi ^{\mathrm {-} },} które razem z cząstkami K , η tworzą nonet .
Charakterystyka :
mezon π 0 {\displaystyle \pi ^{\mathrm {0} }} jest neutralny elektrycznie i jest sam dla siebie antycząstką π 0 = 1 2 ( u u ¯ − d d ¯ ) {\displaystyle \pi ^{0}={\tfrac {1}{\sqrt {2}}}(u{\bar {u}}-d{\bar {d}})} – mezon ten jest superpozycją kwarków u u ¯ {\displaystyle u{\bar {u}}} z kwarkami d d ¯ {\displaystyle d{\bar {d}}} m = 134 , 9766 M e V / c 2 {\displaystyle m=134,9766\mathrm {MeV} /c^{2}} τ = ( 8.4 ± 0.6 ) × 10 − 17 s {\displaystyle \tau =(8.4\pm 0.6)\times 10^{-17}\ \mathrm {s} } – krótki średni czas życia mezony π + , π − {\displaystyle \pi ^{\mathrm {+} },\pi ^{\mathrm {-} }} niosą ładunek elementarny + 1 {\displaystyle \mathrm {+1} } oraz − 1 {\displaystyle \mathrm {-1} } ; złożone są z kwarku i antykwarku pierwszej generacji i są dla siebie nawzajem antycząstkami π + = u d ¯ {\displaystyle \pi ^{+}=u{\bar {d}}} π − = d u ¯ {\displaystyle \pi ^{-}=d{\bar {u}}} m = 139.57018 ± 0.00035 M e V / c 2 {\displaystyle m=139.57018\pm 0.00035\ \mathrm {MeV} /c^{2}} τ = ( 2.6033 ± 0.0005 ) × 10 − 8 s {\displaystyle \tau =(2.6033\pm 0.0005)\times 10^{-8}\ \mathrm {s} } – długi średni czas życia Gdzie:
m {\displaystyle m} – masa spoczynkowa cząstki u , u ¯ {\displaystyle u,{\bar {u}}} – kwarki i antykwark górny (ang. up ), d , d ¯ {\displaystyle d,{\bar {d}}} – kwark i antykwark dolny (ang. down ) Schemat rozpadu pionu π 0 {\displaystyle \pi ^{\mathrm {0} }} na fotony Rozpad naładowanych mezonów π + , π − {\displaystyle \pi ^{\mathrm {+} },\pi ^{\mathrm {-} }} odbywa się w oddziaływaniach słabych , z największym prawdopodobieństwem według schematu
π + → μ + + ν μ {\displaystyle \pi ^{\mathrm {+} }\to \mu ^{\mathrm {+} }+\nu _{\mu }} (powstaje antymion i neutrino mionowe) , ale też np.
π + → e + + ν e {\displaystyle \pi ^{\mathrm {+} }\to e^{\mathrm {+} }+\nu _{e}} (z prawdopodobieństwem ok. 1,2×10−4 ) π + → μ + + ν μ + γ {\displaystyle \pi ^{\mathrm {+} }\to \mu ^{\mathrm {+} }+\nu _{\mu }+\gamma } (z prawdopodobieństwem ok. 2,0×10−4 ) π + → e + + ν e + γ {\displaystyle \pi ^{\mathrm {+} }\to e^{\mathrm {+} }+\nu _{e}+\gamma } (z prawdopodobieństwem ok. 1,6×10−7 ) Ujemne piony rozpadają się analogicznie, np.
π − → μ − + ν ¯ μ {\displaystyle \pi ^{\mathrm {-} }\to \mu ^{\mathrm {-} }+{\bar {\nu }}_{\mu }} [1] . Przyczyna rozpadu pionu głównie na miony, a nie elektrony, jest związana z mniejszą różnicą mas i rosnącą z masą różnicą między chiralnością (inne języki) a skrętnością .
Natomiast rozpad obojętnego pionu – za pośrednictwem oddziaływań elektromagnetycznych – następuje najczęściej (ok. 98,8%) na fotony według schematu:
π 0 → γ + γ {\displaystyle \pi ^{\mathrm {0} }\to \gamma +\gamma } , niekiedy (ok. 1,2%)
π 0 → e + e − {\displaystyle \pi ^{\mathrm {0} }\to e^{+}e^{-}} lub inaczej[1] . Wymiana pionu π 0 {\displaystyle \pi ^{\mathrm {0} }} Po raz pierwszy mezony pi pojawiły się w teorii Hideki Yukawy oddziaływań wewnątrzjądrowych – za ich pomocą opisywał on oddziaływania międzynukleonowe (proton -neutron , proton-proton, neutron-neutron) jako wymianę mezonów π, zgodnie z reakcjami:
n + π + → p {\displaystyle n+\pi ^{\mathrm {+} }\to p} p + π − → n {\displaystyle p+\pi ^{\mathrm {-} }\to n} n + π 0 → n {\displaystyle n+\pi ^{\mathrm {0} }\to n} (zob. diagram obok) p + π 0 → p {\displaystyle p+\pi ^{\mathrm {0} }\to p} (zob. diagram obok) Najbardziej precyzyjną metodą wyznaczania masy mezonu π − {\displaystyle \pi ^{\mathrm {-} }} jest badanie promieniowania charakterystycznego atomów π − {\displaystyle \pi ^{\mathrm {-} }} -mezonowych (mezoatomów π − {\displaystyle \pi ^{\mathrm {-} }} – atomów egzotycznych zawierających zamiast jednego elektronu mezon π − {\displaystyle \pi ^{\mathrm {-} }} ).
Dane pochodzą z biuletynu PDG David J. Griffiths, Introduction to Elementary particles , Cambridge University Press 2008