In der Partikel-Physik ist ein pion (kurz für das Pi-Meson, das mit angezeigt ist), einige von drei subatomaren Partikeln: und. Pions sind die leichtesten Mesonen, und sie spielen eine wichtige Rolle im Erklären der Eigenschaften der niedrigen Energie der starken Kernkraft.

Grundlegende Eigenschaften

Pions sind Mesonen mit der Nulldrehung, und sie werden aus Quarken der ersten Generation zusammengesetzt. Im Quark-Modell Quark und antiunten setzt Quark a zusammen, wohingegen unten Quark und anti sich Quark zurechtmacht, und das die Antiteilchen von einander sind. Die unbeladenen pions sind Kombinationen Quark mit anti Quark oder unten Quark mit antiunten Quark, haben identische Quantenzahlen, und folglich werden sie nur in Überlagerungen gefunden. Die Überlagerung der niedrigsten Energie von diesen ist, der sein eigenes Antiteilchen ist. Zusammen bilden die pions einen Drilling von isospin. Jeder pion hat isospin (ich = 1) und dritter Bestandteil isospin gleich seiner Anklage (Ich = +1, 0 oder 1).

Beladener Pion-Zerfall

Die Mesonen haben eine Masse und eine Mittellebenszeit dessen. Sie verfallen wegen der schwachen Wechselwirkung. Die primäre Zerfall-Weise eines pion, mit der Wahrscheinlichkeit 0.999877, ist rein leptonic Zerfall in einen anti-muon und ein muon Neutrino:

Die zweite allgemeinste Zerfall-Weise eines pion, mit der Wahrscheinlichkeit 0.000123, ist auch ein Leptonic-Zerfall in ein Elektron und das entsprechende Elektronneutrino. Diese Weise wurde an CERN 1958 entdeckt:

Die Unterdrückung der elektronischen Weise, in Bezug auf den muonic ein, wird ungefähr (innerhalb von Strahlungskorrekturen) durch das Verhältnis der Halbbreiten des Pion-Elektrons und der Pion-Muon-Zerfall-Reaktionen gegeben:

und ist eine als die helicity Unterdrückung bekannte Drehungswirkung. Wie man betrachtet hat, sind Maße des obengenannten Verhältnisses seit Jahrzehnten Tests der V  Eine Struktur (Vektor minus der axiale Vektor oder linkshändiger lagrangian) des beladenen schwachen Stroms und der lepton Allgemeinheit gewesen. Experimentell ist dieses Verhältnis.

Außerdem rein leptonic Zerfall von pions, auch beobachtet sind ein von der Struktur abhängiger Strahlungsleptonic-Zerfall und auch der sehr seltene Beta-Zerfall von pions (mit der Wahrscheinlichkeit von ungefähr 10) mit einem neutralen pion als der Endstaat gewesen.

Neutraler Pion-Zerfall

Das Meson hat eine ein bisschen kleinere Masse und eine viel kürzere Mittellebenszeit dessen. Dieser pion verfällt in einem elektromagnetischen Kraft-Prozess. Die Hauptzerfall-Weise, mit der Wahrscheinlichkeit 0.98798, ist in zwei Fotonen (zwei Gammastrahl-Fotonen in diesem Fall):

Seine zweite allgemeinste Zerfall-Weise, mit der Wahrscheinlichkeit 0.01198, ist der Zerfall von Dalitz in ein Foton und ein Elektronpositron-Paar:

Die Rate, an der Pions-Zerfall eine prominente Menge in vielen Teilfeldern der Partikel-Physik wie Chiral-Unruhe-Theorie ist. Diese Rate wird durch den unveränderlichen Pion-Zerfall parametrisiert (ƒ), der darüber ist.

Make-Up ungenau wegen Nichtnullquark-Massen.

Geschichte

Die theoretische Arbeit von Hideki Yukawa 1935 hatte die Existenz von Mesonen als die Transportunternehmen-Partikeln der starken Kernkraft vorausgesagt. Von der Reihe der starken Kernkraft (abgeleitet aus dem Radius des Atomkerns) hat Yukawa die Existenz einer Partikel vorausgesagt, die eine Masse von ungefähr 100 MeV hat. Am Anfang nach seiner Entdeckung 1936, wie man dachte, war der muon (hat am Anfang "mu Meson" gerufen), diese Partikel, da es eine Masse von 106 MeV hat. Jedoch haben spätere Partikel-Physik-Experimente gezeigt, dass der muon an der starken Kernwechselwirkung nicht teilgenommen hat. In der modernen Fachsprache macht das den muon einen lepton und nicht ein wahres Meson.

1947 wurden die ersten wahren Mesonen, der beladene pions, durch die Kollaboration von Cecil Powell, César Lattes, Giuseppe Occhialini gefunden, u. a. an der Universität Bristols, in England. Seitdem das Advent von Partikel-Gaspedalen noch nicht gekommen war, waren energiereiche subatomare Partikeln nur von atmosphärischen kosmischen Strahlen erreichbar. Lichtempfindliche Schichten, die den mit der Gelatine silbernen Prozess verwendet haben, wurden seit langen Zeitspannen in Seiten gelegt, die an hohen Höhe-Bergen, zuerst an Pic du Midi de Bigorre in den Pyrenäen, und später an Chacaltaya in den Bergen von Anden gelegen sind, wo sie durch kosmische Strahlen zusammengepresst wurden.

Nach der Entwicklung der fotografischen Teller hat die mikroskopische Inspektion der Emulsionen die Spuren von beladenen subatomaren Partikeln offenbart. Pions wurden zuerst durch ihr ungewöhnliches "doppeltes Meson" Spuren identifiziert, die durch ihren Zerfall in ein anderes "Meson" verlassen wurden. (Es war wirklich der muon, der als ein Meson in der modernen Partikel-Physik nicht klassifiziert wird.) 1948 haben Lattes, Eugene Gardner und ihre Mannschaft zuerst künstlich pions an der Universität von Kaliforniens Zyklotron in Berkeley, Kalifornien erzeugt, indem sie Kohlenstoff-Atome mit Hochleistungsalphateilchen bombardiert haben. Weiter wurde fortgeschrittene theoretische Arbeit von Riazuddin ausgeführt, der 1959, die Streuungsbeziehung für das Zerstreuen von Compton von virtuellen Fotonen auf pions verwendet hat, um ihren Anklage-Radius zu analysieren.

Nobelpreise in der Physik wurden Yukawa 1949 für seine theoretische Vorhersage der Existenz von Mesonen, und Cecil Powell 1950 zuerkannt, um die Technik der Partikel-Entdeckung mit lichtempfindlichen Schichten zu entwickeln und anzuwenden.

Da der neutrale pion nicht elektrisch beladen wird, ist es schwieriger, zu entdecken und zu beobachten, als die beladenen pions sind. Neutrale pions verlassen Spuren in lichtempfindlichen Schichten nicht, und weder tun sie in Wolkenräumen von Wilson. Die Existenz des neutralen pion wurde daraus abgeleitet, seine Zerfall-Produkte von kosmischen Strahlen, ein so genannter "weicher Bestandteil" von langsamen Elektronen mit Fotonen zu beobachten. Identifiziert endgültig an der Universität von Kaliforniens Zyklotron 1950 durch das Beobachten seines Zerfalls in zwei Fotonen zu sein. Später in demselben Jahr wurden sie auch in Ballon-Experimenten des kosmischen Strahls an der Bristoler Universität beobachtet.

Der pion spielt auch eine Rolle in der Kosmologie durch das Festsetzen einer oberen Grenze auf den Energien von kosmischen Strahlen durch die Greisen-Zatsepin-Kuzmin-Grenze.

Im modernen Verstehen der starken Kraft-Wechselwirkung, genannt "Quant chromodynamics", wie man betrachtet, sind pions der Pseudonambu-Goldstone bosons von der spontan gebrochenen chiral Symmetrie. Das erklärt, warum die drei Arten der Massen von pion beträchtlich weniger sind als die Massen der anderen wahren Mesonen, wie das Meson (958 MeV). Wenn ihre konstituierenden Quarke massless Partikeln wären, hypothetisch die chiral Symmetrie genau machend, dann würden Berechnungen mit dem Lehrsatz von Goldstone alle pions Nullmassen geben. In Wirklichkeit, da alle Quarke wirklich Nichtnullmassen haben, haben die pions auch Nichtnullrest-Massen.

Der Gebrauch von pions in der medizinischen Strahlentherapie, solcher bezüglich Krebses, wurde an mehreren Forschungseinrichtungen einschließlich der Meson-Physik-Möglichkeit des Los Alamos National Laboratory erforscht, die 228 Patienten zwischen 1974 und 1981 in New Mexico und dem TRIUMF Laboratorium in Vancouver, das britische Columbia behandelt hat.

Theoretische Übersicht

Vom pion kann als eine der Partikeln gedacht werden, die die Wechselwirkung zwischen einem Paar von Nukleonen vermitteln. Diese Wechselwirkung ist attraktiv: Es reißt die Nukleonen zusammen. Geschrieben in einer nichtrelativistischen Form wird es das Potenzial von Yukawa genannt. Der pion, spinless seiend, hat durch die Gleichung von Klein-Gordon beschriebenen kinematics. In den Begriffen der Quant-Feldtheorie, der wirksamen Feldtheorie wird Lagrangian, der die Pion-Nukleonenwechselwirkung beschreibt, die Wechselwirkung von Yukawa genannt.

Die fast identischen Massen dessen und deuten an, dass es eine Symmetrie beim Spiel geben muss; diese Symmetrie wird den SU (2) Geschmack-Symmetrie oder isospin genannt. Der Grund, dass es drei pions gibt, und, besteht darin, dass, wie man versteht, diese der Drilling-Darstellung oder der adjoint Darstellung 3 von SU (2) gehören. Im Vergleich, auf und ab in Quarken gestalten gemäß der grundsätzlichen Darstellung 2 von SU (2) um, wohingegen sich die Antiquarke gemäß der verbundenen Darstellung 2* verwandeln.

Mit der Hinzufügung des fremden Quarks kann man sagen, dass die pions an einem SU (3) Geschmack-Symmetrie teilnehmen, der adjoint Darstellung 8 von SU (3) gehörend. Die anderen Mitglieder dieses Oktettes sind die vier kaons und das eta Meson.

Pions sind Pseudoskalare unter einer Paritätstransformation. Ströme von Pion paaren sich so zum axialen Vektor-Strom, und pions nehmen an der chiral Anomalie teil.

Siehe auch

• Pionium
• Liste von Partikeln
• Quark-Modell
• Statische Kräfte und virtuelle Partikel tauschen aus

Weiterführende Literatur

• Gerald Edward Brown und A. D. Jackson, Die Nukleonennukleon-Wechselwirkung, (1976) das Nordhollander Veröffentlichen, Amsterdamer internationale Standardbuchnummer 0-7204-0335-9

Links

• Mesonen an Particle Data Group
• Mesonen an der Hyperphysik