Не плутати з Півонія.
''''' | |
Кваркова структура піона | |
Група: | мезони |
---|---|
взаємодії: | сильна |
Передбачена: | Юкава Хідекі |
Відкрита: | Сесіл Пауелл, [en] та [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.
Зв'язок із кварками та канали розпаду
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 , 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 | Маса спокою (МеВ/c2) | (I)(G) | (J)P(C) | S | C | B' | Час життя (с) | Канали розпаду (>5 % розпадів) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Піон | π+ | π− | u d | 139.570 18(35) | 1− | 0− | 0 | 0 | 0 | 2.6033 ± 0.0005 × 10−8 | μ+ + ν μ |
Піон | π0 | власна | [a] | 134.976 6 ± 0.000 6 | 1− | 0−+ | 0 | 0 | 0 | 8.4 ± 0.6 × 10−17 | γ + γ |
[a] ↑ Склад не точний, через ненульові маси кварків.
Пі-мезон як псевдоголдстоунівський бозон
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.
Примітки
- C. Amsler et al.. (2008): Quark Model
- C. Amsler et al.. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s008.pdf Particle listings — π±
] - C. Amsler et al.. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s009.pdf Particle listings — π0
] - (1987). Introduction to Elementary Particles. . ISBN .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет