Pion
A pionok (általában π-nek rövidítik) a mezonok egy fajtája, amelyek kvarkok és antikvarkok kombinációjából álló szubatomi részecskék. Mivel az antikvarkok antianyagot alkotnak, a kvarkok ugyanolyan típusú (ízűnek nevezett) kvarkot annihilálnak, ha a közelébe kerülnek. Ez a reakció azonban nem azonnali, ezért a pionok, mint minden mezon, rövid ideig létezhetnek. A pionok abban különböznek a többi mezononoktól, hogy egy up kvarkból és egy down kvarkból állnak, amelyek közül bármelyik lehet antirészecske. A pionok azért jelentősek a tudományban, mert feltételezhetően ők felelősek a nukleonok (protonok vagy neutronok) között fellépő erős erő kölcsönhatásokért.
Egy up kvark (u) és egy down antikvark egy kombináció, hogy egy piont alkossanak.
A pionok három típusa
A pionoknak három típusa van: π+ , π– és π0 . A π fölött lévő +, - vagy 0 egyszerűen a pion töltésére utal. A π+ egy up kvarkból és egy down antiquarkból áll. π- egy down kvarkból és egy up antiquarkból áll. Mivel az antirészecskék töltése ellentétes, a π+ pozitív, mert egy up kvark töltése +2/3, egy down antiquarké pedig +1/3 (a normál down kvarkok töltése -1/3). A π– esetében a fordított állítás érvényes. π0 egy up kvarkkal és egy up antikvarkkal, vagy egy down kvarkkal és egy down antikvarkkal képezhető.
Erőhordozók
Az erőhordozók olyan részecskék, amelyek az erőkért, például az elektromágnesességért felelősek. Ahogy a fotonok felelősek az elektromágneses erőért, úgy a mezonok felelősek a nukleonok között fellépő alacsonyabb energiájú erős erő kölcsönhatások egy részéért. (Az erős erőt nukleáris erőnek is nevezik). Még kisebb szinten a gluonok feltehetően a kvarkok közötti erős erő kölcsönhatásokért felelősek. Mivel azonban a legkönnyebb kvarkokból (felfelé és lefelé) állnak, a pionok a legkönnyebb mezonok. Ez azt jelenti, hogy (a π0 kivételével) ezek egyben a leghosszabb életű mezonok közé tartoznak. Azonban, mint minden mezon, ezek is bomlanak, azaz szétesnek.
Pion bomlás
A pionok bomlása mindig leptonokat, például elektronokat eredményez. π+ általában egy müonra és egy müon neutrínóra bomlik. π– általában egy antimonra és egy antineutrínóra bomlik. A semleges pionok -π0 - általában két nagy energiájú fotonra bomlanak.
A pionbomlás egyéb formái
Ugyanakkor bizonyos valószínűséggel (<,1% és 1,2% között) egyes pionok bomlása is előfordulhat, mivel ezek is bomolhatnak különböző formákra. A π+ esetében a második legvalószínűbb bomlástermék egy pozitron (egy antielektron) és egy elektron neutrínó. A π– néha egy elektronra és egy elektron-antineutrínóra bomlik. A π0 néha egy nagy energiájú fotonra, egy elektronra és egy pozitronra bomlik. (Ne feledjük, hogy a pozitronok és az elektronok annihilálhatják egymást, és ez az annihiláció egy nagyenergiájú fotont eredményez).
A gyenge erő miatti bomlás
Mivel a pionok bomlása a gyenge erőnek köszönhető, egy újabb erőhordozó kerül bevezetésre. A bomlás során egy W+ bozon jön létre, amely 3x10−25 másodpercig tart. Ez után a hihetetlenül rövid idő után a W+ bozon olyan leptonokká bomlik, amilyenekre a pion természetes módon bomlana. Fontos azonban ezt a különbséget megtenni, mivel a gyenge erőt is magában foglalja.
| · v · t · e Részecskék a fizikában | |||||||||||||
| |||||||||||||
| Összetett |
| ||||||||||||
| |||||||||||||
Kérdések és válaszok
K: Mi az a pion?
A: A pion egy mezon, amely egy kvarkból és egy antikvarkból álló szubatomi részecske.
K: Hányféle kvark létezik?
V: Hatféle kvark létezik (ezeket nevezzük ízeknek).
K: Melyik két flavor együtt alkot egy piont?
V: A két flavort, amelyek együttesen alkotnak egy piont, up-nak és down-nak nevezzük.
K: Függ-e a pion töltése a benne lévő kvarkok típusától?
V: Igen, a pion töltése a benne lévő kvarkok típusától függ. Ha két kvark különböző ízű (felfelé és lefelé), akkor a pionnak lesz töltése. Ez a töltés pozitív, amikor egy felfelé mutató kvark egy lefelé mutató antikvarkkal párosul, és negatív, amikor egy lefelé mutató kvark egy felfelé mutató antikvarkkal párosul.
K: Meddig léteznek töltött pionok?
V: A töltött pionok átlagosan 26 nanoszekundumig léteznek. A semleges pionok ennek az időnek csak egy parányi töredékéig léteznek.
K: Miért fontosak a pionok az életünk szempontjából?
V: A pionok azért fontosak az életünk szempontjából, mert az egyik módja annak, hogy a nukleonok, például a protonok és a neutronok között a hétköznapi anyagban az erős erő kölcsönhatása létrejöjjön, ami összetartja az atommagot.
K: Mi teszi a töltött vagy semleges mezonokat a leghosszabb átlagos élettartamúvá?
V: A leghosszabb átlagos élettartamú töltött vagy semleges mezonok azok, amelyeket a hadronoknak nevezett pozitív vagy negatív töltésű részecskék (kvarkokból álló részecskék) alkotnak.
