Τα πιόνια (που συνήθως συντομεύονται σε π) είναι ένας τύπος μεσονίου, τα οποία είναι υποατομικά σωματίδια που αποτελούνται από ένα συνδυασμό κουάρκ και αντικουάρκ. Δεδομένου ότι τα αντικουάρκ είναι αντιύλη, θα εξουδετερώσουν τον ίδιο τύπο (γνωστό ως γεύση) κουάρκ αν έρθουν κοντά του. Ωστόσο, αυτή η αντίδραση δεν είναι στιγμιαία και έτσι τα πιόνια, όπως όλα τα μεσόνια, μπορούν να υπάρχουν για μικρό χρονικό διάστημα. Αυτό που κάνει τα πιόνια να διαφέρουν από τα άλλα μεσόνια είναι ότι αποτελούνται από ένα up κουάρκ και ένα down κουάρκ, καθένα από τα οποία μπορεί να είναι το αντισωματίδιο. Τα πιόνια είναι σημαντικά για την επιστήμη επειδή θεωρείται ότι είναι υπεύθυνα για τις αλληλεπιδράσεις της ισχυρής δύναμης που συμβαίνουν μεταξύ των νουκλεονίων (πρωτονίων ή νετρονίων).
Πιόνιο
Τρεις τύποι ιόντων
Υπάρχουν τρεις τύποι πιόντων: π+ , π– και π0 . Το +, - ή 0 πάνω από το π αναφέρεται απλώς στο φορτίο του πιόνου. Τα π+ αποτελούνται από ένα up κουάρκ και ένα down αντικουάρκ. Τα π- αποτελούνται από ένα down κουάρκ και ένα up αντικουάρκ. Δεδομένου ότι τα αντισωματίδια έχουν το αντίθετο φορτίο, ένα π+ είναι θετικό επειδή ένα up κουάρκ έχει φορτίο +2/3 και ένα down αντικουάρκ (τα κανονικά down κουάρκ έχουν φορτίο -1/3) έχει φορτίο +1/3. Η αντίστροφη δήλωση ισχύει για το π– . Το π0 μπορεί να σχηματιστεί με ένα up κουάρκ και ένα up αντικουάρκ, ή ένα down κουάρκ και ένα down αντικουάρκ.
Φορείς δύναμης
Οι φορείς δυνάμεων είναι σωματίδια που είναι υπεύθυνα για δυνάμεις, όπως ο ηλεκτρομαγνητισμός. Όπως τα φωτόνια πιστεύεται ότι είναι υπεύθυνα για την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, τα μεσόνια πιστεύεται ότι είναι υπεύθυνα για ορισμένες από τις αλληλεπιδράσεις της ισχυρής δύναμης χαμηλότερης ενέργειας που συμβαίνουν μεταξύ των νουκλεονίων. (Η ισχυρή δύναμη είναι επίσης γνωστή ως πυρηνική δύναμη). Σε ακόμη μικρότερο επίπεδο, τα γκλουόνια πιστεύεται ότι είναι υπεύθυνα για τις αλληλεπιδράσεις ισχυρής δύναμης μεταξύ των κουάρκ. Ωστόσο, επειδή αποτελούνται από τα ελαφρύτερα κουάρκ (πάνω και κάτω), τα πιόνια είναι τα ελαφρύτερα μεσόνια. Αυτό σημαίνει ότι (με εξαίρεση το π0 ) είναι επίσης μερικά από τα μακροβιότερα μεσόνια. Ωστόσο, όπως όλα τα μεσόνια, τελικά θα διασπαστούν ή θα διασπαστούν.
Διάσπαση ιόντων
Η διάσπαση των πιόντων θα παράγει πάντα λεπτόνια, όπως τα ηλεκτρόνια. π+ θα διασπαστεί συνήθως σε ένα μιόνιο και ένα νετρίνο μιονίου. Το π– θα διασπαστεί συνήθως σε ένα αντιμυόνιο και ένα αντινετρίνο μιονίου. Τα ουδέτερα πιόνια-π0 -θα διασπαστούν συνήθως σε δύο φωτόνια υψηλής ενέργειας.
Άλλες μορφές διάσπασης των πιονίων
Ωστόσο, υπάρχει κάποια πιθανότητα (από <,1% έως 1,2%) που σχετίζεται με τη διάσπαση ορισμένων πιόνια, καθώς μπορούν επίσης να διασπαστούν σε διαφορετικές μορφές. Για το π+ , το δεύτερο πιο πιθανό προϊόν διάσπασης είναι ένα ποζιτρόνιο (ένα αντι-ηλεκτρόνιο) και ένα ηλεκτρονικό νετρίνο. Το π– θα διασπαστεί μερικές φορές σε ένα ηλεκτρόνιο και ένα ηλεκτρονικό αντινετρίνο. Το π0 θα διασπαστεί μερικές φορές σε ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας, ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο. (Λάβετε υπόψη ότι τα ποζιτρόνια και τα ηλεκτρόνια μπορούν να εξαϋλωθούν μεταξύ τους, και αυτή η εξαΰλωση παράγει ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας).
Διάσπαση λόγω ασθενούς δύναμης
Δεδομένου ότι η διάσπαση των πιόνων οφείλεται στην ασθενή δύναμη, εισάγεται ένας ακόμη φορέας δύναμης. Κατά τη διάρκεια της διάσπασης, δημιουργείται ένα μποζόνιο W +, το οποίο διαρκεί για 3x10−25 δευτερόλεπτα. Μετά από αυτό το απίστευτα σύντομο χρονικό διάστημα, το μποζόνιο W+ θα διασπαστεί στα λεπτόνια στα οποία θα διασπαστεί φυσιολογικά το πιόνιο. Ωστόσο, είναι σημαντικό να γίνει αυτή η διάκριση, καθώς περιλαμβάνει την ασθενή δύναμη.
| · v · t · e Σωματίδια στη φυσική | |||||||||||||
| |||||||||||||
| Σύνθετο |
| ||||||||||||
| |||||||||||||
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι το πιόνιο;
A: Ένα πιόνιο είναι ένα μεσόνιο, το οποίο είναι ένα υποατομικό σωματίδιο που αποτελείται από ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ.
Ερ: Πόσα είδη κουάρκ υπάρχουν;
A: Υπάρχουν έξι τύποι κουάρκ (που ονομάζονται γεύσεις).
Ερ: Ποιες δύο γεύσεις πάνε μαζί για να φτιάξουν ένα πιόνιο;
Α: Οι δύο γεύσεις που συνδυάζονται για να φτιάξουν ένα πιόνιο ονομάζονται πάνω και κάτω.
Ερ: Εξαρτάται το φορτίο του πιόνου από τον τύπο των κουάρκ που περιέχει;
Α: Ναι, το φορτίο του πιόνου εξαρτάται από το είδος των κουάρκ που περιέχει. Όταν δύο κουάρκ έχουν διαφορετικές γεύσεις (πάνω και κάτω), το πιόνιο θα έχει φορτίο. Το φορτίο αυτό είναι θετικό όταν ένα up κουάρκ ζευγαρώνει με ένα down αντικουάρκ και αρνητικό όταν ένα down κουάρκ ζευγαρώνει με ένα up αντικουάρκ.
Ερ: Για πόσο χρονικό διάστημα υπάρχουν φορτισμένα πιόνια;
Α: Τα φορτισμένα πιόνια υπάρχουν για περίπου 26 νανοδευτερόλεπτα κατά μέσο όρο. Τα ουδέτερα πιόνια διαρκούν μόνο ένα μικρό κλάσμα αυτού του χρόνου.
Ερ: Γιατί τα πιόνια είναι σημαντικά για τη ζωή μας;
Α: Τα πιόνια είναι σημαντικά για τη ζωή μας επειδή είναι ένας από τους τρόπους για να λαμβάνουν χώρα αλληλεπιδράσεις ισχυρής δύναμης μεταξύ νουκλεονίων όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια στη συνηθισμένη ύλη, οι οποίες κρατούν τον πυρήνα ενωμένο.
Ερ: Τι κάνει τα φορτισμένα ή ουδέτερα μεσόνια με τη μεγαλύτερη μέση διάρκεια ζωής;
Α: Τα φορτισμένα ή ουδέτερα μεσόνια με τη μεγαλύτερη μέση διάρκεια ζωής είναι αυτά που αποτελούνται από θετικά ή αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που ονομάζονται αδρόνια (σωματίδια που αποτελούνται από κουάρκ).