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:

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

${\displaystyle \pi ^{-}\to \mu ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mu }\,}$

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

${\displaystyle \pi ^{+}\to e^{+}+\nu _{e},~~~\pi ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}.}$

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:

${\displaystyle \pi ^{0}\to 2\gamma \,}$

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

${\displaystyle \pi ^{0}\to \gamma +e^{+}+e^{-}}$.

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	${\displaystyle \mathrm {\pi ^{+}} }$	${\displaystyle \mathrm {\pi ^{-}} }$	${\displaystyle \mathrm {u{\bar {d}}} }$	Pszeudoskalár	139.6	0	0	0	2.60×10-8	μ+ + νμ
Semleges Pion	${\displaystyle \mathrm {\pi ^{0}} }$	önmaga	${\displaystyle \mathrm {\frac {u{\bar {u}}-d{\bar {d}}}{\sqrt {2}}} }$	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