Pi-mezoni - enciclopedia liberă online - Enciclopedia & Dicționar

tt mezoni, pioni, un grup de trei particule instabile - două încărcat (π + π și -) și neutru (π 0); Ea aparține clasei de particule care interacționează puternic (hadroni), iar printre ele sunt cele mai doresc. Bujorul de circa 7 ori mai mică decât valoarea de protoni si 270 de ori masa electronilor, adică au un intermediar de masă între masa protonului și electronului ..; în acest sens, au fost numite mezoni (Mesos greacă -. medie, intermediar). pionul de spin este zero și, prin urmare, ele sunt bosoni (de exemplu, ascultă Bose - Einstein statistici) - .. Statistica Einstein (a se vedea Bose.). Bujorii sunt cuante unui câmp de forțe nucleare, care efectuează, în special, conexiunea nucleonilor in nuclee.

Proprietăți pionii de bază și numerele lor cuantice. Bujorul implicate în toate tipurile cunoscute de interacțiune a particulelor: puternice, electromagnetice, slabe și gravitaționale. pioni interacțiune gravitaționale foarte puțin (la fel ca în celelalte particule elementare) și nu au fost investigate. interacțiune slabă este responsabilă pentru pionii instabilitate care se dezintegrează în principal în miuonic (μ) și neutronilor miuonic (νμ) sau antineutrini (ν̅μ): π + + + → μ νμ. π - → μ - + ν̅μ. π 0 dezintegrează în principal datorită interacțiunii electromagnetice pe două γ-cuante: π 0 → γ + γ.

Rechizitoriul Q electrică în unități de pioni sarcina electrica elementara e este 1, y + π +. -1 y π - y 0 și π 0. Paritate intern negativ pionul: P = - 1. (particule cu rotire J = 0 și F = -1 pseudoscalari menționată.) Responsabil baryon și pioni stranietate S la zero. și π + π - sunt particule și antiparticula în raport cu altele (A se vedea antiparticule.); Prin urmare, timpul vietii lor τ si aceeasi masa m: τπ + = τπ - = (2,6024 ± 0,0024) .10 -8 sec, 2 ≈ 264me, în care mi - masa de electroni, c - a vitezei luminii. π 0 este identic cu antiparticula sale (.. r e este particula absolut neutru) și are o paritate sarcină pozitivă C = + 1 (vezi Charge conjugare.), durata de viață și de masă π °:

Bujorului de spin prezintă izotopic I = 1 și, prin urmare, formează un triplet izotopic: trei posibile "proiecții" spin-izotopic Ih = + 1,0, -1 compară trei taxa prevede pionul: π +, π ο. π - (vezi invarianță izotopică.). Hadronii Schema de clasificare pionii împreună cu Mezonii η-mezoni și K (K + - .. K °,

Legile de conservare a numerelor cuantice impune anumite restricții privind fluxul de reacții diferite care implică pion. De exemplu, tt reacția + π → π + π + π nu poate continua datorită interacțiunii puternice, în care este păstrat G-paritate și dezintegrarea π 0 Mezonii posibilă numai pe un număr par de fotoni din cauza conservării paritate de încărcare în interacțiunea electromagnetică (foton acesta are un efect negativ paritate taxa C - și sistemul -chotnosti G particulelor este egală cu produsul dintre parităților respective ale particulelor din sistem).

Peony interactioneaza puternic cu nucleele atomice, provocând, în special, scindarea lor (Fig. 1 A). pionii Mileage în substanță la interacțiunea nucleară depinde de energia lor, și este, de exemplu, în grafit tt - Mezonii aproximativ 13 cm la o energie de 200 MeV și aproximativ 30 cm, la o energie de 3 GeV. Cu energii mai mici de 50 de pioni MeV se execută în materialul este determinată în principal de pierderea de energie prin ionizare a atomilor, astfel încetinind, ei de obicei, nu au timp pentru a interacționa cu nucleele de oprire. Astfel, a alerga la o oprire într-o emulsie sau nuclear π + π - cu o energie de 15 MeV, este de aproximativ 4,7 mm. In aceasta a oprit π + împarte în neutrini pozitivi și muonilor (figura 2), tt - capturat cel mai apropiat atom care formează mesoatom; ulterioare π captare nucleară - mezon are loc cu orbite mesonuclear și conduce la scindarea nucleului (figura 1 b ..).

π-mezoni determină în mare măsură razele cosmice (a se vedea. Razele cosmice) în atmosfera terestră. Ca produse principale ale interacțiunilor nucleare particulelor primare radiațiilor cosmice (protoni și nuclee mai grele) cu nuclee de atomi ale atmosferei, pioni fac parte din componenta nucleară activă a razelor cosmice; dezintegrare, π + - și π - mesoni crea componentă a radiației cosmice penetrant - muonilor, neutrini și energie ridicată și 0 mesonii π - componenta electron-foton.

Istoria descoperirii. Ipoteza existenței pionul ca un „purtător“ a forțelor nucleare (A se vedea. Forțele nucleare), a fost propusă de fizicianul japonez H. Yukawa în 1935 pentru a explica caracterul cu rază scurtă și cantități mari de forțe nucleare. Din relația de incertitudine (vezi. Relația incertitudine) pentru timpul și energia pe care a urmat că, dacă forța dintre nucleoni (protoni și neutroni) în nucleul forțelor datorită schimbului de câmp cuante al forțelor nucleare, masa acestor cuante (mai târziu au fost numite mezoni pi) ar trebui să fie aproximativ 300 de mase de electroni. Particulele aproximativ masele au fost detectate în 1936-1937 în razele cosmice. Cu toate acestea, ele nu au proprietățile particulelor prezise de Yukawa (a se vedea. Muon (A se vedea. Muonilor)). Căutarea pentru tt-mezonilor încărcate au avut succes doar în anul 1947, când s-au gasit oamenii de știință britanici S. Lattes, H. Myuirhedom, J .. Occhialini și S. F. Pauellom în emulsii nucleare expuse la raze cosmice la mare altitudine deasupra suprafeței Pământului, piste de particule, indicând dezintegrarea π + → μ + + νμ (vezi. Fig. 2). In vitro, pionii încărcate au fost obținute mai întâi în 1948 la acceleratorul din Berkeley (SUA). Existența pionii neutre a rezultat din observarea experimentală a independenței de încărcare a forțelor nucleare (interacțiuni între nucleoni este același - doi protoni sau doi neutroni - pot fi schimbate doar pionii neutre). Π ° Mezonii experimental au fost descoperite în 1950 de radiatii gamma de degradare a acestora; π 0 au fost produse in ciocnirile de fotoni de mare energie și protoni (aproximativ 330 MeV) cu nuclee. Având un punct de topire masă de repaus, bujori nevoie pentru educația lor ( „naștere“) costurile energetice, nu-i mai mici la restul MP ​​de energie 2. Astfel, pentru reacția de p + p → p + p + pi 0 este necesar ca energia cinetică a incidentului de protoni p depășește energia de prag, care în cadrul laboratorului este de aproximativ 282 MeV. Energia de prag pentru formarea pionii de pe nuclee grele mai mici decât pentru protoni, și aproape de 2 mπ.

Surse pioni. Una dintre cele mai importante surse de bujori în natură, așa cum sa menționat deja, sunt razele cosmice. Sub influența componentei primare a razelor pionii cosmice sunt produse în atmosfera superioară, dar din cauza absorbției nucleare și dezintegrarea la nivelul mării atinge doar o mică parte din ele. Investigațiile de raze cosmice de la stațiile de mare altitudine și folosirea utilajelor realizate în atmosfera superioară și spațiul exterior, furnizează informații importante despre pionii și interacțiunile lor. Cu toate acestea, un studiu cantitativ al proprietăților pionii se realizează în principal pe grinzile de particule de mare energie, obtinute pe acceleratori de protoni și electroni. Acceleratorii au fost instalate numere cuantice pionii produse măsurători precise de masă, durata vieții, tipuri rare de degradare, studiu detaliat al bujorului de reacție indusă. acceleratori moderne produc fascicule de pioni mare de energie (zeci GeV) cu Mezonii fluxuri pi 10 iulie pioni în 1 sec, și așa-numita „fabrica mezon“ (curent Mezonii ridicat pi acceleratori de energie 1 GeV) ar trebui să dea fluxuri înainte de 10 pioni octombrie 1 sec. Fasciculelele pionii încărcate rapid care Decay testate la zeci și sute de metri transportate în mod normal, la locul studiului proprietăților și a interacțiunilor acestora la canale speciale de vid. Fig. 3 prezintă o schemă de obținere și de investigare tt - mezoni.

Grinzile obținute pe acceleratori π - Mezonii încep să fie utilizate în radioterapie (vezi radioterapie.). Produse pioni de descompunere (muonilor, neutrini, fotoni, electroni și pozitroni) utilizate pentru a studia interacțiunile slabe și electromagnetice.

interacțiunile pion. Cel mai specific pentru tt mezoni este o interacțiune puternică, care se caracterizează printr-o simetrie maximă (care transportă cel mai mare număr de legi de conservare), forța cu rază scurtă (≤ 10 -13 cm) și o mare constantă de cuplare (g). Astfel, o constantă adimensională, care caracterizează relația dintre pionul-nucleon, g 2 / Hc ≈ o mie de ori 14,6 constanta adimensional interactiunii electromagnetice

(Aici h - constanta lui Planck).

Prin procese pionii puternice de interacțiune se împrăștie pioni nucleoni, pioni în antinucleelor ​​coliziuni hadronilor anihilare și nucleoni pentru a forma pionii pionii așa numitele particule străine (A se vedea particula ciudat.) - K-mezonilor și Hyperons etc. interacțiunea inelastică hadronilor la ridicat. energii (> 10 septembrie ev), datorită în principal pioni proceselor de plural (vezi. procese multiple). . La energii mai joase (10 8 10 9 eV) pentru interacțiunea cu alte Mezonii și barionii sisteme Pion Quasibound formare observate - Mezonii excitate și barionii (așa-numita rezonanta) cu o durată de viață de 10 -22-10 -23 secunde. pot să apară aceste condiții, de exemplu sub forma unor vârfuri în dependența energetică totală a secțiunilor transversale de reacție (fig. 4).

Peony ca toate hadronii emit și absorb virtuale particule care interacționează puternic (sau perechi de particule-antiparticule). Raza de nor generat prin aceasta hadroni virtuale din jurul pioni încărcat este de aproximativ 0,7.10 -13 cm.

Printre interacțiunile electromagnetice ale pionii studiate mai pe larg procese de nastere tt-mesonii, fotoni și electroni. O trăsătură specifică a proceselor electromagnetice care implică pioni este rolul definitoriu al interacțiunilor puternice. Astfel, o caracteristică maximă în funcție de secțiunea transversală totală a procesului e + e - → π + + π - + π ° de energie este cauzată de interacțiunea rezonanță în sistemul de trei pioni (corespunde maxim la energia de repaus a ω-mezoni, care se descompune la 3π (Figura 5). ). Ei bine studiat câmpul electromagnetic este un instrument eficient pentru studierea naturii tt-mezoni.

interacțiune slabă joacă un rol important în fizica tt-mezonilor, provocând instabilitate pioni, și se dezintegrează particule ciudate la pioni. Studiul a cariilor π → μ + ν, K → π + π, K → π + π + π a condus la descoperiri importante ale fizicii. Sa constatat astfel: rezultantă tt - μ - neutrino dezintegrarea (νμ) diferă de neutrino (νe), care apar în dezintegrarea beta a nucleelor ​​atomice (. Vezi neutrino) în interacțiune slabă nu este stocată paritate spațială (P); dezintegrează în pionii așa-numitele viață lungă neutre K-mezoni (

pioni Rolul în nucleu și fizica particulelor elementare. Studiul interacțiunii pionilor cu particule elementare și nuclee semnificativ pentru a elucida natura particulelor elementare și determinarea structurii nucleelor.

În norul de hadroni virtuale care înconjoară fiecare dintre particule care interacționează puternic, zona cea mai îndepărtată ocupată bujori (deoarece acestea au cea mai mică greutate). Prin urmare, pioni definesc o parte periferică a interacțiunilor puternice ale particulelor elementare, în special, cea mai importantă pentru teoria nucleară porțiunea periferică a forțelor nucleare. La distanțe mici între hadronii forțele nucleare cauzate în principal de schimb rezonante pion.

Proprietățile electromagnetice ale hadronii - momentul lor magnetic anormal, polarizabilitatea, distribuția spațială a hadroni sarcină electrică și td sunt determinate, în principal, practic nor pioni emise și absorbite hadroni. Există, de asemenea, importante interacțiune rezonantă pionilor (a se vedea. Interacțiunea electromagnetică).

În cele din urmă, efectul interacțiunii puternice între o slabă și în mare măsură determinată de câmpul π mezon.

noțiuni existente cu privire la natura tt-mezoni sunt preliminare, un caracter model. Se consideră că pionii în masă cauzată de interacțiunea puternică, iar diferența de masă dintre pionii încărcate și neutre - electromagnetic. importanta euristică mare a fost ipoteza lui Fermi (A se vedea. Fermi) și Yan Chzhen-nina (1949) că bujorul este un sistem foarte cuplat (cu legare pionii energie 1740 MeV) ale nucleon și antinucleon. Conform modelului cuarc (A se vedea. Quarcurile), bujorii sunt stari de un cuarc si un anticuarc legat. Cu toate acestea, o teorie coerentă care descrie domeniul π-mezon și interacțiunile sale cu alte domenii, este absent. Astfel, cu atât mai mult nu există claritate în problemele complexe ale naturii și interacțiunea tt-mezoni.

Studiind proprietățile tt mezoni și a proceselor cu participarea lor intens efectuate în cele mai mari laboratoare din lume.

Lit:. Fizica particulelor S. Gaziorovich elementar, Amer. din limba engleză. M. 1969 Marshak R. E. bujor, în carte. particulă elementară. 2, Moscova 1963, p. 32-39; J. Orir. Popular Physics, Acad. din limba engleză. M. 1969 Powell, S. P. Fowler Perkins D. Investigarea metodei fotografice particulelor, Acad. din limba engleză. M. 1962.

Fig. 1. despicarea nuclee emulsiei: o cu o energie de 3,8 GeV încărcat-pionul; b-ședere pi-mezon.

Fig. 2. Fotografia una dintre primele cazuri documentate în dezintegrare nucleară emulsie π + → μ + + νμ.

Fig. 3. Schema de instalare tipică pentru studierea interacțiunii tt - mezonilor cu protoni. Accelerat la o energie de 660 protoni MeV cad pe accelerator țintă dispusă în interiorul camerei 1 din Be. Tt rezultat - - derivată din camera de accelerație prin fereastra specială 2 și după ce trece printr-un colimator 3, un câmp magnetic de deflexie (magnet 4) și debitmetre 5 pioni direcționată spre interacțiunea țintă hidrogen lichid 6. Produse π - - cu nuclee de hidrogen sunt înregistrate 7 (a - contoare, b - absorbanți).

Fig. 4. Dependența secțiunii transversale totală σ interacțiune π + - și π - (. Eu .m) Mezonii cu protoni (p) din totalul energiei totale a particulelor în coliziune CMS.

Fig. 5. Dependența totală secțiunea transversală σ e + + e - + + → π π - + π ° din energia totală (E 2) counterpropagating fascicule de electroni (e -) și pozitroni (e +).

Marii Enciclopedii Sovietice. - M. sovietic Enciclopedia 1969-1978