Méson pi

Dans la physique de particules de , le méson pi (abréviation méson pi) est le nom collectif pour trois le &pi des particules subatomiques ; ⁰, &pi ; ⁺ et &pi ; ^{&minus ;}. Les mésons pi sont les mésons les plus légers et jouent un rôle important en expliquant les propriétés à énergie réduite de la force nucléaire forte .

Propriétés de base

Les mésons pi ont la rotation zéro et se composent de Quarks first- de la génération dans le modèle de Quark , un haut et un anti-vers le bas quark composent un &pi ; ⁺, alors que vers le bas et un anti-vers le haut quark composent le &pi ; ^{&minus ;}, son antiparticule . Les combinaisons neutres d'haut avec anti-vers le haut et vers le bas avec anti-vers le bas ont les nombres de Quantum identiques ainsi elles sont seulement trouvées dans les superpositions que la superposition de bas-énergie est le &pi ; ⁰, qui est sa propre antiparticule. Ensemble, les mésons pi forment un triplet du spin isotopique ; chaque méson pi a isospin-1 ( de I ; = ; 1) et spin isotopique de troisième-composant égal à sa charge ( I _z ; = ; +1, ; 0 ; or ; −1).

Le &pi ; les mésons du ^± ont une masse de 139.6 ; c ² et une vie moyenne de mev de de 2.6×10⁻⁸ ; secondes. Elles délabrent en raison des processus faibles du . Le mode d'affaiblissement principal (99.9877%) est dans un Muon et son Neutrino : $de \ pi^+ \ à \ mu^++ \ pi^- \ à du nu_ \ mu$ $\ \ mu^-+ \ _ de barre {\ NU} \ mu$ Le deuxième plus grand mode d'affaiblissement (0.0123%) est dans un électron et le neutrino correspondant : $de \ pi^+ \ à e^++ \ à nu_e, ~~~ \ pi^- \ à e^-+ \ à barre {\ NU} _e.$

Le méson du $\ pi^0$ a une masse légèrement plus petite de 135.0 ; c ² et beaucoup plus courte vie moyenne de mev de 8.4×10⁻¹⁷ ; secondes. Il délabre en raison de la force électromagnétique du . Le mode d'affaiblissement principal (98.798%) est dans deux le $de des photons \ pi^0 \ to2 \ gamma$ . Son deuxième plus grand mode d'affaiblissement (1.198%) est le soi-disant affaiblissement de Dalitz dans un photon et un électron - paires de du positron : $de \ pi^0 \ \ gamma + e^+ + e^-$ .

Le taux auquel les mésons pi délabrent des dispositifs en évidence dans beaucoup de sous-champs de la physique de particules tels que la théorie de la perturbation chirale . Ce taux parametrized par la constante d'affaiblissement de méson pi (_{&pi de f ;}), qui est au sujet de 90 ; Mev.

Histoire

Le travail théorique à côté du Hideki Yukawa dans 1935 avait prévu l'existence des mésons comme particules de porteur de la force nucléaire forte . De la gamme de la force nucléaire (impliquée du rayon du noyau ), Yukawa a prévu l'existence d'une particule ayant une masse environ de 100 ; Mev. Au commencement après sa découverte en 1936, le Muon était vraisemblablement cette particule, puisqu'il a une masse de 106 ; Mev. Cependant, les expériences postérieures ont prouvé que le muon n'a pas participé aux interactions fortes. Dans la terminologie moderne, ceci lui fait un lepton , pas un méson de .

Dans 1947 les premiers mésons vrais, les mésons pi chargés, ont été trouvés par la collaboration du Cecil Powell , du César Lattes et du Giuseppe Occhialini à l'université de de Bristol . Puisque l'âge des accélérateurs de particules a eu arriver encore, les hautes énergies étaient seulement accessibles des émulsions photographiques de de atmosphérique des rayonnements que using le processus de Gélatine-argent de ont été placés pendant longtemps dans les emplacements situés aux montagnes d'haute altitude (d'abord à PIC du Midi de Bigorre dans le Pyrénées et plus tard à Chacaltaya dans le les Andes ), où elles ont été exposées aux rayonnements. Après le rétablissement des plats, l'inspection microscopique des émulsions a indiqué les voies des particules chargées. Des mésons pi ont été identifiés la première fois par leur " peu commun ; double meson" ; voies, laissées par leur affaiblissement dans un autre " ; meson" ; (le " ; muon" ; ; noter que le muon n'est pas classifié comme méson dans la physique moderne de particules). En 1948, Lattes et Eugene Gardner ont réalisé la première fois la production artificielle des particules de méson pi à l'Université de Californie de , le cyclotron de Berkeley en bombardant des atomes du carbone avec les particules ALPHA

Le prix Nobel de dans la physique a été attribué à Yukawa en 1949 (pour prévoir l'existence des mésons) et à Powell en 1950 (pour développer la technique de la détection de particules using des photo-émulsions).

Puisqu'il n'est pas électriquement chargé, il est plus difficile observer le méson pi neutre que les mésons pi chargés ; il ne laisse pas une voie dans une émulsion. Son existence a été impliquée de ses produits d'affaiblissement dans les rayonnements, un soi-disant " ; component" mou ; des électrons et des photons. Le &pi ; ⁰ a été identifié au cyclotron de Berkeley en 1950 par son affaiblissement dans deux photons et la même année dans des expériences de ballon de rayon cosmique à l'université de Bristol, Angleterre.

Dans l'arrangement moderne de l'interaction forte (chromodynamics de Quantum de ), des mésons pi sont considérés les pseudo bosons de Goldstone de de Nambu- de la symétrie chirale spontanément cassée du . Ceci explique pourquoi les masses de méson pi sont considérablement plus légères que les masses d'autres mésons comme le méson de $\ eta^ \ prime$ (958 ; Mev). Si leurs Quarks constitutifs étaient sans masse (rendant la symétrie chirale exacte), le théorème de Goldstone prévoirait que les mésons pi devraient avoir Massachusetts zéro. Puisque les quarks ont réellement les petites masses, les mésons pi font aussi bien.

L'utilisation des mésons pi dans la thérapie radiologique a été explorée à un certain nombre d'établissements, y compris le service de physique de méson du laboratoire national de Los Alamos , qui a soigné 228 patients entre 1974 et 1981, et le TRIUMF en Colombie-Britannique, Canada.

Vue d'ensemble théorique

Le méson pi peut être considéré comme particule qui négocie l'interaction entre une paire de nucléons. Cette interaction est attrayante : elle rassemble les nucléons. Écrit sous une forme non-relativistic, ce s'appelle le potentiel de Yukawa de . Le méson pi, étant un méson, a la cinématique décrite par l'équation de Klein-Gordon de . Dans les limites de la théorie des champs de Quantum , le efficace lagrangien de la théorie des champs décrivant l'interaction de méson pi-nucléon s'appelle l'interaction de Yukawa de .

Les masses presque identiques du &pi ; ^{± ;} et &pi ; ⁰ impliquent qu'il doit y a une symétrie au jeu ; cette symétrie s'appelle le SU (2) symétrie de saveur de ou le spin isotopique . La raison pour laquelle il y a trois mésons pi, &pi ; ⁺, &pi ; ^{&ndash ;} et &pi ; ⁰, est qu'on comprend que ceux-ci appartiennent à la représentation de triplet de ou au 3 de la représentation d'Adjoint de du SU (2). En revanche, en haut et en bas les quarks transforment selon le fondamental 2 de la représentation du SU (2), tandis que les anti-quarks transforment selon le conjugué 2* de représentation.

Avec l'addition du quark étrange , on peut indiquer que les mésons pi participent au SU (3) symétrie de saveur, appartenant au 8 de représentation d'adjoint du SU (3). Les autres membres de cet octet sont les quatre Kaons et le Eta .

Les mésons pi sont les pseudoscalars sous une transformation de la parité . Les courants de méson pi couplent ainsi au vecteur axial courant de et les mésons pi participent à l'anomalie chirale .

Voir également

Pionium
Liste de des particules
Modèle de Quark

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