Loading AI tools
тип елементарних частинок-мезонів З Вікіпедії, вільної енциклопедії
Не плутати з Півонія.
''''' | |
![]() Кваркова структура піона | |
Група: | мезони |
---|---|
взаємодії: | сильна |
Передбачена: | Юкава Хідекі |
Відкрита: | Сесіл Пауелл, Сезар Латтес[en] та Джузеппе Окк'яліні[en] (1947) |
Символ: | |
Число типів: | 3 |
Маса: | МеВ МеВ |
Піони або пі-мезони — елементарні частинки, які належать до родини мезонів. Існує нейтральний і заряджені піони та . Усі піони нестабільні.
Піони мають нульовий спін і одиничний ізотопічний спін. Вони складаються з кварків та антикварків першого покоління.
мезон є античастинкою мезона. мезон є власною античастинкою. Разом усі три піони складають ізотопічний триплет.
Маррі Гелл-Ман показав, що піони, разом із ета-мезоном і каонами, утворюють октет групи (незвідне представлення ). Він утворюється як прямий добуток фундаментальних представлень групи , , кожне із яких відповідає кваркам . Точніше кажучи, піони складаються із двох кварків, , та їх антикварків.
При низьких енергіях, коли КХД стає непертурбативною, кварки не можуть бути вільними. Вони об'єднуються у мезони і нуклони. Лагранжіан КХД ефективно можна переписати у термінах нуклонів та мезонів. У такому ефективному лагранжіані переносниками ядерних сил стають мезони. Закон взаємодії між нуклонами можна описати за допомогою юкавської взаємодії, , де — довжина екранування. Із таким законом взаємодії пов'язане явище насичення ядерних сил.
Час життя π0-мезону значно менший, ніж час життя заряджених піонів. Це пов'язано із структурою взаємодій у Стандартній моделі. Кварковий склад π0 дозволяє йому розпадатись на фотони, у той час як кварковий склад заряджених піонів робить можливим розпад лише через -бозон.
Розпад через -бозон сильно пригнічений через його велику масу (а не через константу слабкої взаємодії, яка значно більша за електромагнітну константу, ). У результаті час життя заряджених піонів дуже великий (див. таблицю характеристик) і лише на два порядки більший за час життя мюонів (які не є сильно взаємодіючими частинками).
У випадку із нейтральним піоном наближена -симетрія (точніше, її незаряджена підгрупа , що відповідає перетворенням , ), яка пов'язана із малістю мас -кварків (з їхніх зарядово нейтральних комбінацій складається π0), здавалося б, повинна сильно пригнічувати амплітуду розпаду на два фотони. Проте експериментально було виявлено, що оцінка амплітуди розпаду , що базується на вірності наближеної -симетрії, дає значно більший час життя піону, ніж він є насправді. Вихід із цієї ситуації знайшли разом із відкриттям наявності у Стандартній моделі кіральних аномалій, які явно порушують вказану симетрію і передбачають амплітуду розпаду піону, що узгоджується із експериментальною. У результаті час життя нейтральних піонів значно менший за час життя .
Назва | Частинка символ |
Анти- частинка символ |
Складові кварки[1] |
Маса спокою (МеВ/c2) | IG | JPC | S | C | B' | Час життя (с) | Канали розпаду (>5 % розпадів) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Піон[2] |
π+ |
π− |
u d | 139.570 18(35) | 1− | 0− | 0 | 0 | 0 | 2.6033 ± 0.0005 × 10−8 |
μ+ + ν μ |
Піон[3] |
π0 |
власна | [a] | 134.976 6 ± 0.000 6 | 1− | 0−+ | 0 | 0 | 0 | 8.4 ± 0.6 × 10−17 | γ + γ |
З точки зору КХД лагранжіан кварків має наближену симетрію відносно перетворень групи . Наявність симетрії пов'язана із їхніми малими масами. Ця симетрія, втім, є спонтанно порушеною (інакше для кожного одночастинкового стану існував би вироджений із ним стан із протилежною парністю і тими ж спіном, баріонним числом та дивністю).
Стівеном Вайнбергом, Джеффрі Голдстоуном та Абдусом Саламом була доведена теорема, згідно із якою спонтанне порушення глобальної неперервної симетрії у теорії призводить до появи у спектрі частинок-розв'язків теорії безмасових бозонів спіну нуль із тими же квантовими числами, які має елемент струму, що відповідає порушеній симетрії, — так званих голдстоунівських бозонів. Їх кількість відповідає кількості генераторів порушеної групи симетрії. Якщо ж спонтанно порушена симетрія теорії порушена малим доданком у дії, іншими словами — є наближеною, то бозони набувають маси. В такому разі вони називаються псевдоголдстоунівськими бозонами.
Безмасовий лагранжіан кварків (для простоти запису, що не зменшує коректність — без взаємодії),
,
має симетрію відносно перетворень групи , що відповідає комбінованому кіральному перетворенню
.
Врахувавши масовий доданок у лагранжіані, можна дійти висновку, що ця симетрія (точніше, її кіральна підгрупа) явно порушена. Маси цих кварків, втім, є малими, тому на високих енергіях масовим доданком можна знехтувати; в результаті на високих енергіях симетрія відновлюється. Тому, як написано вище, експериментально повинно було спостерігатися дублювання по кількості станів, чого немає. У результаті природним є твердження, що ця група симетрії (її кіральна підгрупа) спонтанно порушена до . Відповідно, в теорії з'являються псевдоголдстоунівські бозони. Згідно із теоремою про голдстоунівські бозони, їхня кількість дорівнює кількості генераторів порушеної групи симетрії — трьом. Теорія також передбачає, що маси заряджених піонів однакові і відрізняються на маленьку поправку від маси нейтрального бозона. Ці бозони і є піонами.
Аналогічним чином можна розглянути лагранжіан кварків. У дуже грубому наближенні лагранжіан має -симетрію (при досить високих енергіях, втім, ця симетрія стає дедалі більш точною). Її спонтанне порушення до -симетрії призводить до появи восьми (а саме такою є кількість генераторів порушеної групи ) псевдоголдстоунівських бозонів — квартету каонів, ета-мезону та триплету піонів.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.