Bazsarózsa (részecske)

bazsarózsa ( ) $\pi ^{\pm }\quad (\pi ^{0})$

Egy család	bozon
Csoport	hadron , mezon , pszeudo- Goldstone-bozon , pszeudoszkaláris bozon
Részt vesz az interakciókban	Erős , elektromágneses , gyenge és gravitációs
Antirészecske	$\pi ^{\mp }\quad (\pi ^{0})$
Típusok száma	3
Súly	töltött: 139,57061(24) MeV semleges: 134,9770(5) MeV
Élettartam	töltött: 2,6033(5)⋅10 −8 s semleges: 8,20(0,24)⋅10 −17 s
Elméletileg indokolt	Hideki Yukawa , 1935 -ben
Felfedezve	1947- ben
Kiről vagy miről nevezték el	görög πῖ - pi betű és μέσον - középső
kvantumszámok
Elektromos töltés	±1 (0)
barionszám	0
Spin	0 ħ
Paritás	−1
Izotópos spin	±1 (0)
A gyenge izospin harmadik komponense	+1
Furcsaság	0
a varázsa	0
Hipertöltés	0
Gyenge túltöltés	0, -2; -1
Egyéb tulajdonságok
Kvark összetétele	töltött: semleges: $u{\bar {d)),d{\bar {u}}$ $(u{\bar {u}}-d{\bar {d}})/{\sqrt {2}}$
Bomlási séma	μ + + ν μ (2 γ )
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

Bazsarózsa , pi-mezon ( görögül πῖ - pi betű és μέσον - középső ) - háromféle szubatomi részecske a mezonok csoportjából . Jelöljük π 0 , π + és π − . A mezonok között a legkisebb tömegük van. 1947 -ben nyitották meg . A nukleáris erők hordozói a mag nukleonjai között. A töltött pionok általában müonná és müon (anti) neutrínóvá , a semleges pionok pedig két gamma -kvantummá bomlanak le .

Tulajdonságok

Mindenféle bazsarózsa:

egy pár kvarkból áll - az első generációs antikvark ;
negatív paritásúak és nulla spinük van (ezért ezek a részecskék pszeudoszkalárisak );
pszeudo - Goldstone bozonok ( spontán törött szimmetriájú Nambu - Goldstone bozonok ), így sokkal könnyebbek, mint a többi mezon (például az η mezon tömege 547,75 MeV / c² ) .

A π mezonok típusai a kvark modell szerint:

Töltve :
- az u -kvark és az anti - d -kvark alkotja aπ + mezont ;
- A π - mezon, a π + mezon antirészecskéje a d -kvarkból és az anti - u -kvarkból áll .
Az elektromosan semleges kombinációk ( u +anti - u ) és ( d +anti - d ) csak szuperpozíciójukként létezhetnek , mivel ugyanazt a kvantumszámkészletet hordozzák . Egy ilyen szuperpozíció legalacsonyabb energiájú állapota a π 0 -mezon, amely a saját antirészecskéje (egy valóban semleges részecske , mint egy foton ). A semleges pion, amely egy kvarkból és a hozzá tartozó antikvarkból áll (pontosabban ilyen állapotok szuperpozíciójából), az ónium egyik fajtája. $(u{\bar {u}}-d{\bar {d}})/{\sqrt {2}}$ (egy részecske és egy antirészecske kötött állapotai). Nevezhetjük kvarkóniának , de általában ez a kifejezés a nehéz kvark rendszereire utal.

Minden pion első generációs kvarkokból és antikvarkokból áll, így nincs ízük , mind explicit, mind látens: furcsaság S , báj C , B′ báj és T igazság .

A töltött pionok töltési sugara 0,659(4) fm [1] .

Kapcsolódó pion rendszerek

A negatív töltésű piont egy atommag egy elektronhoz hasonló pályára tudja befogni, és rövid életű egzotikus atomot alkothat vele - az úgynevezett pionatomot .

Két különböző töltésű pion kötött rendszert alkothat - a piónium , egy egzotikus atom, amelyet főként Coulomb-vonzás köt meg. Egy ilyen rendszer élettartama (kb. 3⋅10 −15 s) jóval rövidebb, mint egyetlen töltött pioné, mivel a bekerülő részecske és antirészecske gyorsan megsemmisíti egymást, általában két semleges piont képezve, amelyek mindegyike azután két fotonra bomlik [2] .

Pi mezon bomlás

A semleges pion bomlása elektromágneses kölcsönhatásnak köszönhető, míg a töltött pionok gyenge kölcsönhatás révén bomlanak le, melynek csatolási állandója jóval kisebb. Ezért a semleges és töltött pionok felezési ideje jelentősen különbözik.

Töltve

A mezonok tömege 139,57061 (24) MeV/c² és viszonylag hosszú élettartamú , nukleáris szabványok szerint: 2,6033 (5)⋅10-8 másodperc [ 3] . A domináns csatorna (99,98770(4)%-os valószínűséggel) a müonba és müonneutrínóba vagy antineutrínóba bomlási csatorna : $\pi ^{+},\pi ^{-}$

\pi ^{+}\to \mu ^{+}+\nu _{\mu },

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

A töltött pionok bomlásának következő legvalószínűbb csatornája a fenti bomlás sugárzási (vagyis gamma-kvantum) változata ( és ), amely csak az esetek 0,0200(25)%-ában fordul elő [3] . Ezután következik az erősen elfojtott (0,01230(4)%) bomlás pozitív pion esetén pozitronra és elektronneutrínóra ( ), negatív pion esetén pedig elektronra és elektron antineutrínóvá ( ) [3] . Az "elektronikus" bomlások visszaszorításának oka a "müonos" bomlásokhoz képest az "elektronikus" bomlás során keletkező ultrarelativisztikus részecskék helicitásának megőrzése: mind az elektron, mind a neutrínó kinetikus energiája ebben a bomlásban sokkal nagyobb, mint azoké. tömegek, ezért helicitásuk (jó pontossággal) megmarad, és a bomlást a müonmódhoz képest egy tényezővel elnyomja: $\pi ^{+}\to \mu ^{+}+\nu _{\mu }+\gamma$ $\pi ^{-}\to \mu ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mu }+\gamma$ $\pi ^{+}\to e^{+}+\nu _{e}$ $\pi ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$

R_{\pi }=(m_{e}/m_{\mu })^{2}\left({\frac {M_{\pi }-M_{e)){M_{\pi }-M_{\ mu }}}\jobbra)^{2}.

Ennek a tényezőnek a mérése lehetővé teszi az esetleges kis jobboldali szennyeződések jelenlétének ellenőrzését a bal oldali ( V − A ) töltésű áramokban a gyenge kölcsönhatásban.

A müonbomlásokhoz hasonlóan a sugárzó elektronbomlás ( és ) erősen elnyomott a nem sugárzókhoz képest, valószínűségük csak 7,39(5)⋅10 −5 % [3] . $\pi ^{+}\to e^{+}+\nu _{e}+\gamma$ $\pi ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+\gamma$

Még nagyobb valószínűséggel (1,036(6)⋅10 −6 %) a pozitív pion bomlása semleges pionná, pozitron és elektronneutrínó ( ), valamint a negatív pion semleges pionná, elektronná és egy elektron antineutrínó ( ) [3] . Ennek a bomlásnak az elnyomását a vektoráram megmaradásának törvénye magyarázza a gyenge kölcsönhatásban [4] . ${\displaystyle \pi ^{+}\to \pi ^{0}+e^{+}+\nu _{e))$ ${\displaystyle \pi ^{-}\to \pi ^{0}+e^{-}+{\bar {\nu _{e))))$

Végül felfedezték a töltött pion-bomlás egy másik típusát. Ebben az esetben a pozitív pion bomlási terméke egy pozitron, egy elektronneutrínó és egy elektron-pozitron pár ( ), míg a negatív pioné egy elektron, egy elektron antineutrínó és egy elektron-pozitron pár. ( ). Az ilyen bomlás valószínűsége 3,2(5)⋅10 −7 % [3] . $\pi ^{+}\to e^{+}+\nu _{e}+e^{+}+e^{-}$ $\pi ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+e^{+}+e^{-}$

Semleges

A semleges pion valamivel kisebb tömegű (134,9770(5) MeV/c² ) és sokkal rövidebb élettartamú , mint a töltött pionoké: 8,52(18)⋅10-17 másodperc [ 3 ] . A fő (98,823(34) %) a két fotonra bomlási csatorna [ 3] : $\pi^0$

\pi ^{0}\to 2\gamma .

Ezen fotonok mindegyike 67,49 MeV energiát visz el (ha a bomlott pion nyugalomban volt).

A második valószínűség szerint (1,174(35)%) a bomlási csatorna egy foton és egy elektron-pozitron párba [3] :

\pi ^{0}\to \gamma +e^{+}+e^{-}

(beleértve azt a ritka esetet is, amikor egy elektron- pozitron pár kötött állapotban születik - pozitrónium formájában ; az ilyen kimenetel valószínűsége 1,82(29)⋅10 −7 % [3] ).

A semleges pion bomlási csatornák a valószínűség szerint a sugárzás nélküli bomlások két (valószínűség 3,34(16)⋅10−3 ) %) és egy (6,46(33)⋅10−6 ) %) elektron-pozitron párra [3] :

\pi ^{0}\to e^{+}+e^{-}+e^{+}+e^{-},

\pi ^{0}\to e^{+}+e^{-}.

Négy fotonra (kísérletileg kevesebb, mint 2⋅10-6 ) %-ra és neutrínó-antineutrínó párra (kevesebb, mint 2,7⋅10 -5 ) %-ra bomlási csatornákat jósoltak, de még nem fedeztek fel [3] .

Felfedezési előzmények

Hideki Yukawa 1935 - ös elméleti munkájában azt jósolták, hogy vannak olyan részecskék, amelyek erős erőt hordoznak , mezonok (Yukawa eredetileg a mezotron nevet javasolta , de Werner Heisenberg javította ki , akinek édesapja görögül tanított ).

Charged pi mesons

1947 -ben egy Cecil Frank Powell vezette kutatócsoport kísérleti úton fedezett fel töltött pionokat . Mivel akkoriban még nem voltak pionok előállításához elég erős gyorsítók , a keresést egy ballonnal a sztratoszférába emelt fényképező lemezekkel végezték el , ahol kozmikus sugárzásnak voltak kitéve (fényképezőlapokat például a hegyekben is telepítettek). egy asztrofizikai laboratóriumban a Chacaltaya vulkánon az Andokban ). A ballon leereszkedése után töltött részecskék nyomait találták a fényképészeti emulzión , amelyek között mezonok is voltak. Eredményeikért Yukawa ( 1949 -ben ) és Powell ( 1950 -ben ) fizikai Nobel-díjat kapott .

Elektromosan semleges pi mezonok

A semleges mezon észlelése sokkal nehezebb (mivel elektromos semlegessége miatt nem hagy nyomot a fényképészeti emulziókban és egyéb nyomdetektorokban). Bomlástermékei alapján azonosították 1950 -ben . A semleges mezonok élettartamát 1963-ban kísérletileg határozták meg [5] . $\pi^0$

Erős erőhordozók

Ma már ismert (a kvantumkromodinamika szerint ), hogy az erős erőt gluonok közvetítik . Ennek ellenére meg lehet fogalmazni az intranukleáris részecskék kölcsönhatásának úgynevezett hatékony elméletét ( a szigma modellt ), amelyben a pionok a kölcsönhatás nukleáris erőinek hordozói. Annak ellenére, hogy ez az elmélet (amelyet Yukawa javasolt) csak egy bizonyos energiatartományban helyes, egyszerűsített számításokat tesz lehetővé benne, és vizuális magyarázatokat ad [6] . A pionok által hordozott kölcsönhatási erők (például az atommagban a nukleonokat megkötő nukleáris erők ) tömören leírhatók a Yukawa-potenciál segítségével .

Jegyzetek

↑ Tanabashi M. et al. (Particle Data Group). π ± (angol) // Phys. Fordulat. D. - 2018. - Kt. 98 . — P. 030001 .
↑ Adeva B. et al. A ππ szórási hosszúságok meghatározása π + π − π + π − atom élettartam méréséből // Fizika B betűk . - 2011. - 20. évf. 704 , iss. 1-2 . - P. 24-29 . - doi : 10.1016/j.physletb.2011.08.074 . - Iránykód . - arXiv : 1109.0569 .
↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tanabashi M. et al. (Particle Data Group). Könnyű ízesítetlen mezonok ( S = C = B = 0) (angol) // Phys. Fordulat. D. - 2018. - Kt. 98 . — P. 030001 .
↑ Yu . _ _ Orosz Tudományos Akadémia, Nagyenergiájú Fizikai Intézet; szerk. L. G. Landsberg. - M . : Nauka, 2006. - S. 51-58. — (A nemzeti tudomány emlékei. XX. század). — ISBN 5-02-035321-3 .
↑ Perkins D. Bevezetés a nagy energiájú fizikába. - M .: Mir , 1975. - S. 85-88.
↑ Wentzel G. Bevezetés a hullámterek kvantumelméletébe. - M . : OGIZ Tekhteorizdat, 1947. - S. 92-136.

Irodalom

Bethe G. , Hoffman F. Mezonok és mezők. kötet II. Mezonok. - M., IL , 1957. - 514 p.
Kirillov-Ugryumov V. G. , Nikitin Yu. P., Szergejev F. M. Atomok és mezonok. - M., Atomizdat , 1980. - 216 p.

Linkek

A Charged kísérleti tulajdonságai archiválva 2020. március 29-én a Wayback Machine -nél és a Neutral -nál: 2020. március 29-én a Pion Wayback Machine -nél ( Particle Data Group webhelye ) .
A fizikusok pontosan mérik a semleges pion élettartamát , archiválva 2021. május 29-én a Wayback Machine -nél

Részecskék a fizikában

alapvető
részecskék

Fermions

Kvarkok	u d s c b t
Leptonok	e -_ e + μ − • μ + τ − • τ + Neutrino ν e • ν e ν μ • ν μ ν τ • ν τ

Bozonok

Nyomtáv	γ g W ± •Z 0
Skalár	Higgs-bozon

Kompozit
részecskék

hadronok

Baryonok ( Hyperonok )	Nukleonok p p n n Δ Λ Σ Ξ Ω Pentakvarkok
Mezonok ( Quarkonia )	π η • η′ p ω φ J/ψ ϒ θ K B D T Tetrakvarkok

Alapvető és (vagy) összetett részecskék vegyületei

Rendes	Atommagok deuteron Triton Helion α atomok ionok Kationok anionok molekulák
Szokatlan	A hipernukleusz fizikában : Λ -hipermagok Hiperhidrogén Hypertriton Σ -hipermagok Egzotikus atomok : mezoatomok Muonic Müonos hidrogén Hadronic pünkösdi rózsa Kaonic Antiproton Σ -hiperonikus Lepton atomok pozitrónium Muonium Dimuónium protonium Pünkösdi rózsa mezomolekula Dipozitrónium