Pion (cząstka)
Piony (potocznie skracane do π) są rodzajem mezonu, czyli cząstek subatomowych zbudowanych z kombinacji kwarków i antykwarków. Ponieważ antykwarki są antymaterią, anihilują one ten sam typ (zwany smakiem) kwarka, jeśli się do niego zbliżą. Reakcja ta nie jest jednak natychmiastowa, dlatego piony, podobnie jak wszystkie mezony, mogą istnieć przez krótki czas. To, co odróżnia piony od innych mezonów, to fakt, że składają się one z jednego kwarka górnego i jednego kwarka dolnego, z których każdy może być antycząstką. Piony są ważne w nauce, ponieważ uważa się, że są one odpowiedzialne za oddziaływania silnej siły, które zachodzą pomiędzy nukleonami (protonami i neutronami).
Jeden kwark górny (u) i jeden antykwark dolny stanowią jedną kombinację tworzącą pion
Trzy rodzaje pionów
Istnieją trzy rodzaje pionów: π+, π- i π0. Znak +, -, lub 0 nad π oznacza po prostu ładunek pionu. π+ zbudowane są z jednego kwarka górnego i jednego antykwarka dolnego, π- z jednego kwarka dolnego i jednego antykwarka górnego. Ponieważ antycząstki mają przeciwne ładunki, π+ jest dodatni, ponieważ kwark górny ma ładunek +2/3, a antykwark dolny (normalne kwarki dolne mają ładunek -1/3) ma ładunek +1/3. Odwrotne stwierdzenie dotyczy π-. π0 może być utworzony z jednego kwarka górnego i antykwarka górnego lub z jednego kwarka dolnego i antykwarka dolnego.
Nośniki sił
Nośniki sił to cząstki, które są odpowiedzialne za siły, takie jak elektromagnetyzm. Tak jak uważa się, że fotony są odpowiedzialne za siłę elektromagnetyczną, tak uważa się, że mezony są odpowiedzialne za niektóre z niżej energetycznych oddziaływań siły silnej, które występują pomiędzy nukleonami. (Siła silna jest również znana jako siła jądrowa). Na jeszcze mniejszym poziomie uważa się, że gluony są odpowiedzialne za oddziaływania sił silnych pomiędzy kwarkami. Ponieważ jednak piony zbudowane są z najlżejszych kwarków (górnego i dolnego), są one najlżejszymi mezonami. Oznacza to, że (z wyjątkiem π0) są one również jednymi z najdłużej żyjących mezonów. Jednak, jak wszystkie mezony, w końcu ulegają rozpadowi, czyli rozpadowi.
Rozpad pionów
Z rozpadu pionu zawsze powstają leptony, takie jak elektrony. π+ zwykle rozpada się na jeden mion i jedno neutrino mionowe. π- zwykle rozpada się na jeden antymion i jedno antyneutrino mionowe. Neutralne piony -π0 - zwykle rozpadają się na dwa wysokoenergetyczne fotony.
Inne formy rozpadu pionów
Istnieje jednak pewne prawdopodobieństwo (od <,1% do 1,2%) związane z rozpadem niektórych pionów, ponieważ mogą one również rozpadać się na różne formy. Dla π+, drugim najbardziej prawdopodobnym produktem rozpadu jest jeden pozyton (antyelektron) i jedno neutrino elektronowe. π- czasami rozpada się na jedno antyneutrino elektronowe i jedno antyneutrino elektronowe. π0 czasami rozpada się na jeden wysokoenergetyczny foton, jeden elektron i jeden pozyton. (Należy pamiętać, że pozytony i elektrony mogą się wzajemnie anihilować, a taka anihilacja wytwarza wysokoenergetyczny foton).
Rozpad w wyniku działania sił słabych
Ponieważ rozpad pionów jest spowodowany działaniem siły słabej, wprowadza się jeszcze jeden nośnik siły. Podczas rozpadu powstaje bozonW+, który trwa 3x10-25 sekund. Po tym niewiarygodnie krótkim czasie bozon W+ rozpada się na leptony, na które naturalnie rozpadłby się pion. Ważne jest jednak, aby wprowadzić to rozróżnienie, ponieważ obejmuje ono również siłę słabą.
| · v · t · e Cząstki w fizyce | |||||||||||||
| |||||||||||||
| Kompozyt |
| ||||||||||||
| |||||||||||||
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest pion?
O: Pion to mezon, czyli cząstka subatomowa składająca się z jednego kwarka i jednego antykwarka.
P: Ile jest rodzajów kwarków?
O: Jest sześć rodzajów kwarków (zwanych smakami).
P: Jakie dwa smaki tworzą pion?
O: Dwa smaki, z których powstaje pion, to góra i dół.
P: Czy ładunek pionu zależy od rodzaju kwarków, które zawiera?
O: Tak, ładunek pionu zależy od rodzaju kwarków, które zawiera. Jeżeli dwa kwarki mają różne smaki (górny i dolny), pion będzie miał ładunek. Ładunek ten jest dodatni, gdy kwark górny łączy się z antykwarkiem dolnym, a ujemny, gdy kwark dolny łączy się z antykwarkiem górnym.
P: Jak długo istnieją naładowane piony?
O: Naładowane piony istnieją średnio przez około 26 nanosekund. Neutralne piony trwają tylko przez niewielką część tego czasu.
P: Dlaczego piony są ważne dla naszego życia?
O: Piony są ważne dla naszego życia, ponieważ są jednym ze sposobów, w jaki pomiędzy nukleonami, takimi jak protony i neutrony w zwykłej materii, zachodzą oddziaływania siłowe, które utrzymują jądro razem.
P: Co sprawia, że mezony naładowane lub neutralne mają najdłuższy średni czas życia?
O: Naładowane lub neutralne mezony o najdłuższym średnim czasie życia to te, które składają się z dodatnio lub ujemnie naładowanych cząstek zwanych hadronami (cząstki zbudowane z kwarków).
