Пи-мезони - Безплатни онлайн енциклопедия - Енциклопедия & речник
пи-мезони, пиони, група от три частиците нестабилна - две заредена (+ π и π -) и един неутрален (π 0); Той принадлежи към класа на силно взаимодействащи частици (адрони), а сред тях са най-желаещи. Божур около 7 пъти по-леки от протони и 270 пъти масата на електроните, т.е., има маса междинно съединение между масата на протона и електрона ..; във връзка с това, те са наречени мезони (гръцки Mesos -. средно, средно). Пион спин е нула, и следователно те са бозони (т.е. подчиняват Bose - статистика на Айнщайн) - .. статистиката на Айнщайн (Виж Bose.). Божури са кванти на полето на ядрени сили, провеждане, по-специално, връзката на нуклоните в ядрата.
Основни свойства пиони и техните квантови числа. Божур, участващи във всички известни видове взаимодействия на частиците: силни, електромагнитни, слаби и гравитационни. Гравитационни пиони взаимодействие много малко (в другите елементарни частици) и не са били изследвани. Слаба взаимодействие е отговорен за нестабилност пиони които се разпадат главно в мюон (μ) и мюон неутрино (νμ) или antineutrinos (ν̅μ): π + → μ + + νμ. π - → μ - + ν̅μ. π 0 разпада поради електромагнитни взаимодействие главно на две γ-кванти: π 0 → γ + γ.
електрически заряд Q в единици пиони начално зареждане е е 1, у + π +. -1 у π - у 0 и π 0. вътрешния Parity отрицателен Пион: P = - 1. (частици с въртене J = 0 и F = -1 pseudoscalar посочени). В барионен заряд и странност S пиони нула. и π + π - са частици и античастици един спрямо друг (виж античастици.); Следователно живота си т и съща маса M: τπ + = τπ - = (2,6024 ± 0,0024) 0.10 -8 сек, 2 ≈ 264me, където ме - електронен маса, с - скоростта на светлината. π 0 е идентичен съответства елемент (.. R е е абсолютно неутрални частици) и има положителен заряд паритет С = + 1 (виж Charge конюгиране.), живот и маса π °:
Божур проявяват изотопен завъртане I = 1 и следователно образуват изотопен триплет: три възможни "прогнози" изотопен завъртане Ih = + 1,0, -1 сравнява три заряд посочва Пион: π +, π ο. π - (виж Изотопният инвариантност.). пионите Схемата класификация адрони заедно с η-Meson мезони и К (К + - .. К °,
Законите на опазване на квантово число налагат някои ограничения по отношение на потока от различни реакции, включващи Пион. Например, реакция П на + π → π + π + π не може да се осъществи поради силното взаимодействие, при което се запазва G-паритет и разпадането π 0 мезони възможни само в четен брой фотони поради запазване на зареждане паритет в електромагнитно взаимодействие (фотон Той има отрицателен заряд паритет C - и G -chotnosti система на частици е равна на произведението на съответните паритети на частиците в системата).
Божур силно взаимодействат с атомни ядра, което води до по-специално разцепване си (фиг. 1.). Коли пиони в вещество за ядрената взаимодействието зависи от тяхната енергия, и е, например, в графита към П - мезони около 13 cm при енергийна 200 MeV и около 30 cm при енергийна 3 GeV. С енергия на по-малко от 50 MeV пиони работят в материала се определя главно от загубата на енергия чрез йонизация на атомите, така забавя, те обикновено нямат време за взаимодействие с неговите стоп ядра. По този начин, работи да спре в ядрен емулсия или π + π - с енергия от 15 MeV, е приблизително 4.7 mm. В този спря π + разделя на положителни неутрино и мюони (фигура 2), П - включват близкия атом образуване mesoatom; последващо ядрената улавяне π - мезон случва с mesonuclear орбитите и води до разцепване на ядрото (Фигура 1 б ..).
π-мезони до голяма степен определят космическите лъчи (вж. Космическите лъчи) в рамките на земната атмосфера. Като основни продукти от ядрени взаимодействия първични космическа радиация частици (протони и тежки ядра) с ядра на атоми на атмосферата, пиони са част от ядрено-активен компонент на космическите лъчи; дезинтегриращи, π + - и π - мезони създаде проникваща компонент на космическата радиация - мюони, неутрино и висока енергия, и 0 мезони π - електронно-фотон компонент.
История на откриването. Хипотезата за съществуването на Пион като "носител" на ядрени сили (Вж. Ядрените сили) бе предложени от японски физик Х. Юкава през 1935 г., за да обясни с малък обсег на характера и големи количества ядрени сили. От отношението на несигурност (Вж. Отношението на несигурност) за времето и енергията, то следва, че ако силата между нуклоните (протони и неутрони) в ядрото на силите в резултат на обмена на поле кванти на ядрените сили, масата на тези кванти (по-късно те са били наричани пи-мезони) трябва да бъде около 300 електрон маси. Частиците приблизително масите бяха открити в 1936-37 в космическите лъчи. Въпреки това, те не разполагат с качествата на частици прогнозирани от Юкава (вж. Мюон (Вж. Мюони)). Търсенето на заредените пи-мезони са били успешни само през 1947 г., когато са открити британски учени S. лате, H. Myuirhedom, J .. Occhialini и С. Ф. Pauellom в ядрените емулсии, изложени на космическите лъчи на голяма височина над земната повърхност, песни на частиците, показва разпадане π + → μ + + νμ (вж. фиг. 2). Ин витро заредени пиони бяха първо получени през 1948 г. на газта в Berkeley (САЩ). Наличието на неутрални пиони произтича от експериментално наблюдение на независимостта на зареждане на ядрени сили (взаимодействия между нуклоните е същото - два протона или два неутрони - може да се обменя само неутрални пиони). Експериментално π ° мезони за първи път са открити през 1950 година от у-лъчи от тяхното разрушаване; π 0 са произведени в сблъсъци на високоенергийни фотони и протони (около 330 MeV) с ядра. Наличието на почивка маса тр, божури изискват за тяхното образование ( "раждане") разходите за енергия, а не да ги намалите до останалата енергия пц 2. По този начин, за реакция р + р → P + P + пи 0 Необходимо е кинетичната енергия на инцидент протон р надвишава прага енергия, която в лабораторни рамката е около 282 MeV. Праг на енергия за формиране на пиони на тежки ядра ниски от тези на протони, и в близост до 2 mπ.
Източници пиони. Един от най-важните източници на божури в природата, както вече споменахме, са космическите лъчи. Под влиянието на основната компонента на космическите лъчи пиони са произведени в горните слоеве на атмосферата, но заради ядрената усвояването и разпадането на морското равнище достига само една малка част от тях. Изследвания на космическите лъчи на голяма височина станции и работа с машини, направени в горните слоеве на атмосферата и космоса, предоставят важна информация за пионите и техните взаимодействия. Въпреки това, количествено изследване на свойствата на пиони се извършва предимно на гредите на частиците с висока енергия, получени на ускорители протони и електрони. Ускорители са инсталирани квантово число пиони произведени точни измервания масови, жизнения път, редки видове гниене, детайлно проучване на божур реакция, предизвикана. Съвременните ускорители произвеждат греди на високо енергийни пиони (десетки GeV) с потоци пи-мезони 10 юли пиони в 1 сек, а така наречените "мезон фабриката" (силнотокови ускорители енергийни пи-мезони 1 GeV), следва да се даде потоци късно до 10 октомври пиони 1 сек. Букети бързо заредени пиони, които гниене тествани за десетки и стотици метри обикновено се транспортират до мястото на изучаването на техните свойства и взаимодействия при специални вакуумни канали. Фиг. 3 показва схема на получаване и разследване пи - мезони.
Греди получени ускорители π - мезони започват да се използва в радиотерапия (Виж радиационна терапия.). продукти пиони разпадане (мюони, неутрино, фотони, електрони и позитрони,), използвани за изучаване слабите и електромагнитните взаимодействия.
Пион взаимодействия. Най-специфично за пи-мезони е силно взаимодействие, което се характеризира с максимална симетрия (носещ голям брой закони за опазване), къси разстояния сила (≤ 10 -13 cm) и голяма константа на свързване (д). Така безразмерна константа, която характеризира връзката на Пион-нуклон, г 2 / H в ≈ 14,6 хиляда пъти безразмерна константа на електромагнитното взаимодействие
(Тук Н - константата на Планк).
Чрез процеси силни пиони взаимодействия са разсейване пиони нуклоните, пиони в Hadron сблъсъци унищожение Antinucleons и нуклоните да образуват пиони, пиони така наречените чужди частици (виж странно частиците.) - K-мезони и хипероните др Нееластичното взаимодействие на адрони при висока. енергии (> 10 септември EV) главно поради пиони множествено процеси (вж. множество процеси). . При по-ниски енергии (10 8 до 10 9 ЕГ) за взаимодействие с други пион мезони и барионите наблюдава образуване Quasibound системи - възбудени състояния мезони и барионите (т.нар резонанс) с живота на 10 -22 - 10 -23 секунди. могат да настъпят Тези условия, например под формата на пикове в енергийна зависимост от общата реакция напречни сечения (фиг. 4).
Божур като всички адрони излъчват и поглъщат виртуални силно взаимодействащи частици (или частици античастици двойки). Радиусът на облака, генерирани по този начин виртуални адрони околната заредени пиони е около 0,7.10 -13 cm.
Сред електромагнитните взаимодействия на пиони най-добре проучена процесите на раждане пи-мезони, фотони и електрони. Специфична особеност на електромагнитните процеси, включващи пиони е определящата роля на силните взаимодействия. По този начин, характерен максимум в зависимост от общото напречно сечение на процес д + е - → π + + π - + π ° на енергия е причинена от резонанс взаимодействие в системата на три пиони (максимум съответства на енергията на покой на ω-мезон, което се разлага при 3π (Фигура 5). ). Ами учи електромагнитното поле е ефективен инструмент за изучаване на природата на пи-мезони.
Слаба взаимодействие играе важна роля в физика я-мезоните, което води до нестабилност пиони и разпада чужди частици в пиони. Проучването на гниене π → на μ + ν, K → π + π, K → π + π + π е довела до важни открития на физиката. Установено е, както следва: Полученият П - μ - гниене неутрино (νμ) се различава от неутрино (νe), срещащи се в бета разпад на атомните ядра. (Виж неутрино) В слабо взаимодействие не се съхранява пространствен паритет (Р); се разпада на пиони т.нар дълголетни неутрални K-мезони (
Роля пиони в ядрото и физиката на елементарните частици. Изследване на взаимодействие на пиони с елементарни частици и ядра значително за изясняване същността на елементарни частици, и определяне на ядра структура.
В облака виртуални адрони около всяка от силно взаимодействащи частици, най-отдалечен площта, заета божури (тъй като те имат най-ниско тегло). Следователно пиони определят периферна част на силни взаимодействия на елементарните частици, по-специално най-важно за ядрената теория периферна част на ядрените сили. На малки разстояния между адроните ядрени сили, предизвикани предимно обменят Пион резонанси.
Електромагнитни свойства на адроните - им аномален магнитен момент, поляризуемост, пространственото разпределение на адрони електрически заряд и TD се определят главно облак пиони почти отделяни и абсорбира адрони. Има също така важно резонансната взаимодействие на пиони (вж. Електромагнитното взаимодействие).
Накрая, ефектът на силното взаимодействие между слаб и до голяма степен се определя от полето π-мезон.
Съществуващите представи за характера на пи-мезони са предварителни, модел характер. Смята се, че масата пионите причинени от силно взаимодействие и маса разлика между заредени и неутрални пионите - електромагнитно. Голям евристичен значение е хипотеза Ферми (Вж. Fermi) и Ян Chzhen-Нина (1949), който божур е силно свързана система (с енергията на свързване на пиони 1740 MeV) на нуклоните и antinucleon. Според модела на кварк (Вж. Кварките), божури са обвързани състояния на кварк и антикварк. Въпреки това, по-стройна теория, описваща областта на π-мезон и неговите взаимодействия с други области, отсъства. Така, повече не е по-голяма яснота в сложни проблеми на естеството и взаимодействието на пи-мезони.
Изследване на свойствата на пи-мезони и процеси с тяхното участие интензивно провеждат в най-големите лаборатории в света.
Лит. Физика S. Gaziorovich елементарните частици, Amer. от английски език. М. 1969 Маршак Р. Д. божур, в книгата. Елементен частиците инча 2, Москва 1963 г., стр. 32-39; J. Orir. Популярни физика, Acad. от английски език. М. 1969 Powell, S. P. Фаулър Perkins Г. Изследване на частиците фотографски метод, Acad. от английски език. М. 1962.
Фиг. 1. Емулсията на разделяне ядра: а Пион заредена с енергия на 3.8 GeV; б-пребиваващи пи-мезон.
Фиг. 2. Снимка на една от първите документирани случаи в ядрената емулсия гниене π + → μ + + νμ.
Фиг. 3. Схема на типична инсталация за изучаване на взаимодействието на пи - мезони с протони. Ускореното на енергия от 660 MeV протони падне върху целевата ускорител, разположен в камерата 1 на Be. Получената П - - получени от камерата за газта чрез специален прозореца 2 и след преминаване през колиматор 3, отклонение магнитно поле (магнит 4), и разходомери 5 пиони насочени към течен водород цел взаимодействие 6. Продукти π - - с водородни ядра са записани 7 (а - броячи, B - абсорбатори).
Фиг. 4. Зависимостта на взаимодействие общото напречно сечение σ π + - и π - (. Eu .m) мезони с протони (п) на общата сума на общата енергия на сблъсък частици в CMS.
Фиг. 5. зависимост от общото напречно сечение σ д + + Е - → π + + π - + π ° на общата енергия (Е2) на counterpropagating електронни лъчи (Е -) и позитрони (Е +).
Голяма съветска енциклопедия. - М. съветски Енциклопедия 1969-1978