Պիոններ

Կաղապար:Տեղեկաքարտ Տարրական Մասնիկ Պիոններ, $\pi$-մեզոններ, պի-մեզոններ, երեք անկայուն տարրական մասնիկներից կազմված խումբ, այդ մասնիկներից երկուսը (${\pi }^{+}$ և ${\pi }^{-}$) լիցքավորված են, իսկ երրորդը (${\pi }^0$) չեզոք է։

Կառուցվածք

Պիոնները միջուկային ուժերի դաշտի քվանտներ են և իրականացնում են, մասնավորապես, նուկլոնների կապը ատոմային միջուկում։ ${\pi }^{+}$ և ${\pi }^{-}$ մեզոնները կազմում են մասնիկ-հակամասնիկ զույգ միմյանց նկատմամբ, այդ պատճառով դրանց կյանքի տևողությունները ($\tau$) և զանգվածները ($m$) միևնույնն են․

${\tau }_{\pi }^{+}={\tau }_{\pi }^{-}=(2,6024\pm 0,0024)*10^{-8}$ վրկ,

$m_{\pi }^{+}=m_{\pi }^{-}=(139,5688\pm 0,0064)$ ՄԷվ/$c^2\approx 264m_e$

($m_e$-ն էլեկտրոնի զանգվածն է, $c$-ն՝ լույսի արագությունը)։ ${\pi }^0$-ն նույնական է իր հակամասնիկին, այսինքն՝ բացարձակ չեզոք մասնիկ է․

${\tau }_{\pi }^0=(0,84\pm 0,10),10^{-16}$ վրկ,

$m_{\pi }^0=(134,9645\pm 0,0074)$ ՄԷվ/$c^2\approx 264m_e$:

Պիոնների սպինը զրո է, իզոտոպ սպինը՝ մեկ (կազմում են իզոտոպ տրիպլետ)։ Պիոնների բարիոնային լիցքը և տարօրինակությունը հավասաար են զրոյի։

Պիոնների հայտնագործումը

Ուժեղ փոխազդեցությունների կարճահեռ բնույթն ու մեծ ուժը բացատրելու համար Հիդեկի Յուկավան 1935 թվականին կանխագուշակեց պիոնների գոյությունը, որոնք, ըստ նրա ենթադրության, էլեկտրոններից մոտավորապես 200-300 անգամ ծանր պետք է լինեին։ 1936 թվականին տիեզերական ճառագայթներում հայտնաբերվեց այդպիսի զանգվածով մի մասնիկ, սակայն հետազոտությունները ցույց տվեցին, որ դրան հատուկ չէ սպասվող ուժեղ փոխազդեցությունը, և այն կոչվեց մյուոն։ 1947-ին Ս․ Պաուելը և ուրիշներ ֆոտոմիջուկային էմուլսիաների մեթոդով տիեզերական ճառագայթներն ուսումնասիրելիս հայտնաբերեցին լիցքավորված պիոններ, գրանցելով դրանց հետևյալ տրոհումը․

${\pi }^{+}={\mu }^{+}+{\nu }_{\mu }$

(${\nu }_{\mu }$-ն մյուոնային նեյտրինոն է)։

Չեզոք ${\pi }^0$-մեզոնները փորձով հայտնաբերվել են միայն 1950 թվականին։

Մասնակցությունը հիմնարար փոխազդեցություններին

Պիոնները մասնակցում են բոլոր հայտնի փոխազդեցություններին՝ ուժեղ, էլեկտրամագնիսական, թույլ և գրավիտացիոն։

Պիոնների գրավիտացիոն փոխազդեցությունն աննշան է և չի ուսումնասիրված։

Պիոնների համար ամենաբնորոշը ուժեղ փոխազդեցությունն է։ Լինելով ուժեղ փոխազդող մասնիկներից՝ հադրոններից թեթևագույնը, պիոններն էական դեր են կատարում միջուկային և տարրական մասնիկների ֆիզիկայում։ Դրանք առատորեն ծնվում են արագացուցիչներում ստացվող կամ տիեզերական ճառագայթներում գոյություն ունեցող բարձր էներգիայի մասնիկների բախումների ժամանակ (լաբորատորիաներում կամ մթնոլորտում)։ Ուժեղ փոխազդեցության պրոցեսներից են պիոնների ցրումը նուկլոններից, հականուկլոնների և նուկլոնների անիհիլացումը՝ պիոնների առաջացումով, տարօրինակ մասնիկների ծնումը պիոններից և այլն։

Թույլ փոխազդեցությամբ են պայմանավորված լիցքավորված պիոնների բոլոր տրոհումները, ինչպես նաև դրանց առաջացումը ավելի ծանր մասնիկների, օրինակ, $k$-մեզոնի տրոհման ժամանակ՝

$K\to \pi +\pi$։

էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության օրինակ է չեզոք պիոնի հիմնական տրոհումը երկու $\gamma$-քվանտի՝

${\pi }^0\to \gamma +\gamma$։

Պիոնների դերը միջուկում

Պիոնները, չնայած կյանքի կարճ տևողությանը, էլեկտրոնների նման կարող են պտտվել միջուկների շուրջը և կազմել մեզոատոմներ։ Ըստ արդի տեսության, պիոնները կազմված են ավելի տարրական մասնիկներից՝ մի քվարկից և մի հակաքվարկից։

Կիրառություններ

Պիոնի փոխազդեցության երևույթները կարևոր նշանակություն ունեն միկրոաշխարհի տարբեր պրոցեսների ուսումնասիրման համար։ Հատուկ արագացուցիչներից՝ «մեզոնային ֆաբրիկաներից» ստացվող պիոնների փնջերը կիրառվում են ճառագայթային թերապիայում։