Pions

Pions jeb pī mezons ir salikta subatomāra daļiņa (hadrons), kas pieder pie mezoniem. Ir trīs veidu pioni — pozitīvais pions, ko apzīmē ar π⁺, negatīvais pions jeb antipions, ko apzīmē ar π⁻ un neitrālais pions (π⁰), kas ir pats sev antidaļiņa. Pionu spins ir 0.

Piona struktūra

Vēsture

1935. gadā japāņu fiziķis Hideki Jukava izveidoja pirmo nuklonu mijiedarbības jeb stiprās mijiedarbības teoriju, kurā kā nesējdaļiņas kalpoja jauna veida daļiņas, ko sākumā Jukava nosauca par mezotroniem (šo nosaukumu Verners Heizenbergs vēlāk pārlaboja par mezoniem). Šādu daļiņu masai vajadzēja būt vidējai starp elektronu un nuklonu masām - no tā arī cēlies mezonu nosaukums (grieķu: mezos - vidējais). Jau 1936. gadā daļiņas ar šādu masu (mioni) tika atrastas kosmiskajos staros, taču tālākie eksperimenti pierādīja, ka mioni stiprajā mijiedarbībā neiesaistās. 1947. gadā pētnieku grupa Sesila Pauela vadībā atklāja cita veida lādētas daļiņas ar līdzīgu masu, eksperimentējot ar lielā augstumā gaisa balonā paceltām fotoplatēm. Šīs daļiņas, kuras piedalījās stiprajā mijiedarbībā, tika nosauktas par π mezoniem jeb īsāk - pioniem. Par šiem darbiem 1949. gadā Jukava, bet 1950. gadā Pauels saņēma Nobela prēmiju.

Elektriski neitrālais π⁰ mezons pēdas fotoplatēs neatstāj, tādēļ tas tika atklāts vēlāk, 1950. gadā, identificējot tā sabrukšanas produktus (fotonus).

Uzbūve

Tāpat kā visi mezoni, pioni sastāv no diviem kvarkiem - viena kvarka un viena antikvarka. Pionu sastāvā ietilpst pirmās ģimenes kvarki - apakšējais jeb d kvarks un augšējais jeb u kvarks. π⁺ mezons sastāv no u kvarka un d antikvarka, bet π⁻ mezons - no d kvarka un u antikvarka. Neitrālā π⁰ mezona sastāvs ir u kvarka un u antikvarka kombinācijas superpozīcija ar d kvarka un d antikvarka kombināciju, jo abu šo kombināciju kvantu skaitļi ir vienādi. Šāda neparasta sastāva daļiņas tiek sauktas par patiesi neitrālām daļiņām, jo tās ir pašas sev antidaļiņas.

Īpašības

Pozitīvā piona sabrukšanas Feinmana diagramma

Pioni ir visvieglākie no visiem mezoniem (μ mezoni jeb mioni, kas ir vieglāki, īstenībā nepieder pie mezoniem) - to masa ir 139,6 MeV/c². Neitrālo pionu masa ir nedaudz mazāka (135,0 MeV/c²). Elektriski lādēto pionu dzīves ilgums ir vidēji 2,6·10⁻⁸ sekundes, bet neitrālais pions ir daudz nestabilāks - tas dzīvo tikai 8,4·10⁻¹⁷ s. Sabrūkot pozitīvais pions dod antimionu un mionu neitrīno, bet antipions attiecīgi mionu un mionu antineitrīno. Ļoti retos gadījumos lādētie pioni sabrūkot rada elektronu (pozitronu) un elektronu neitrīno (antineitrīno). Neitrālais pions parasti sabrūk par diviem lielas enerģijas fotoniem, daudz retāk - par vienu fotonu un elektrona-pozitrona pāri.

Pioni kā nesējdaļiņas

Mūsdienās saskaņā ar kvantu hromodinamikas teoriju ir noskaidrots, ka stiprās mijiedarbības nesējdaļiņas ir gluoni. Tomēr var uzskatīt, ka Jukavas izveidotā teorija, kurā kodolspēku pārnesēji ir pioni, noteiktā enerģiju diapazonā ir lietojama vienkāršiem, uzskatāmiem aprēķiniem, jo šos spēkus var kompakti aprakstīt ar Jukavas potenciāla palīdzību (tā saucamais sigma modelis).

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Pions.

• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)