www.wikidata.uk-ua.nina.az

Піони Не плутати з Півонія Кваркова структура піонаГрупа мезонивзаємодії сильнаПередбачена Юкава ХідекіВідкрита Сесіл Па

Піони

Не плутати з Півонія.

'''''

Кваркова структура піона
Група: мезони
взаємодії: сильна
Передбачена: Юкава Хідекі
Відкрита: Сесіл Пауелл, Сезар Латтес[en] та Джузеппе Окк'яліні[en] (1947)
Символ:
Число типів: 3
Маса: МеВ
МеВ
У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна: Піон (значення).

Піони або пі-мезони — елементарні частинки, які належать до родини мезонів. Існує нейтральний і заряджені піони та . Усі піони нестабільні.

Піони мають нульовий спін і одиничний ізотопічний спін. Вони складаються з кварків та антикварків першого покоління.

мезон є античастинкою мезона. мезон є власною античастинкою. Разом усі три піони складають ізотопічний триплет.

Зв'язок із кварками та канали розпаду Редагувати

Маррі Гелл-Ман показав, що піони, разом із ета-мезоном і каонами, утворюють октет групи (незвідне представлення ). Він утворюється як прямий добуток фундаментальних представлень групи , , кожне із яких відповідає кваркам . Точніше кажучи, піони складаються із двох кварків, , та їх антикварків.

При низьких енергіях, коли КХД стає непертурбативною, кварки не можуть бути вільними. Вони об'єднуються у мезони і нуклони. Лагранжіан КХД ефективно можна переписати у термінах нуклонів та мезонів. У такому ефективному лагранжіані переносниками ядерних сил стають мезони. Закон взаємодії між нуклонами можна описати за допомогою юкавської взаємодії, , де  — довжина екранування. Із таким законом взаємодії пов'язане явище насичення ядерних сил.

Час життя π0-мезону значно менший, ніж час життя заряджених піонів. Це пов'язано із структурою взаємодій у Стандартній моделі. Кварковий склад π0 дозволяє йому розпадатись на фотони, у той час як кварковий склад заряджених піонів робить можливим розпад лише через -бозон.

Розпад через -бозон сильно пригнічений через його велику масу (а не через константу слабкої взаємодії, яка значно більша за електромагнітну константу, ). У результаті час життя заряджених піонів дуже великий (див. таблицю характеристик) і лише на два порядки більший за час життя мюонів (які не є сильно взаємодіючими частинками).

У випадку із нейтральним піоном наближена -симетрія (точніше, її незаряджена підгрупа , що відповідає перетворенням , ), яка пов'язана із малістю мас -кварків (з їхніх зарядово нейтральних комбінацій складається π0), здавалося б, повинна сильно пригнічувати амплітуду розпаду на два фотони. Проте експериментально було виявлено, що оцінка амплітуди розпаду , що базується на вірності наближеної -симетрії, дає значно більший час життя піону, ніж він є насправді. Вихід із цієї ситуації знайшли разом із відкриттям наявності у Стандартній моделі кіральних аномалій, які явно порушують вказану симетрію і передбачають амплітуду розпаду піону, що узгоджується із експериментальною. У результаті час життя нейтральних піонів значно менший за час життя .

Властивості піонів
Назва Частинка
символ 		Анти-
частинка
символ 		Складові
кварки		 Маса спокою (МеВ/c2) IG JPC S C B' Час життя (с) Канали розпаду

(>5 % розпадів)

Піон

π+

π−

u d 139.570 18(35) 1− 0− 0 0 0 2.6033 ± 0.0005 × 10−8 μ+
 + ν
μ
Піон

π0

власна [a] 134.976 6 ± 0.000 6 1− 0−+ 0 0 0 8.4 ± 0.6 × 10−17 γ + γ

[a] ↑  Склад не точний, через ненульові маси кварків.

Пі-мезон як псевдоголдстоунівський бозон Редагувати

З точки зору КХД лагранжіан кварків має наближену симетрію відносно перетворень групи . Наявність симетрії пов'язана із їхніми малими масами. Ця симетрія, втім, є спонтанно порушеною (інакше для кожного одночастинкового стану існував би вироджений із ним стан із протилежною парністю і тими ж спіном, баріонним числом та дивністю).

Стівеном Вайнбергом, Джеффрі Голдстоуном та Абдусом Саламом була доведена теорема, згідно із якою спонтанне порушення глобальної неперервної симетрії у теорії призводить до появи у спектрі частинок-розв'язків теорії безмасових бозонів спіну нуль із тими же квантовими числами, які має елемент струму, що відповідає порушеній симетрії, — так званих голдстоунівських бозонів. Їх кількість відповідає кількості генераторів порушеної групи симетрії. Якщо ж спонтанно порушена симетрія теорії порушена малим доданком у дії, іншими словами — є наближеною, то бозони набувають маси. В такому разі вони називаються псевдоголдстоунівськими бозонами.

Безмасовий лагранжіан кварків (для простоти запису, що не зменшує коректність — без взаємодії),

,

має симетрію відносно перетворень групи , що відповідає комбінованому кіральному перетворенню

.

Врахувавши масовий доданок у лагранжіані, можна дійти висновку, що ця симетрія (точніше, її кіральна підгрупа) явно порушена. Маси цих кварків, втім, є малими, тому на високих енергіях масовим доданком можна знехтувати; в результаті на високих енергіях симетрія відновлюється. Тому, як написано вище, експериментально повинно було спостерігатися дублювання по кількості станів, чого немає. У результаті природним є твердження, що ця група симетрії (її кіральна підгрупа) спонтанно порушена до . Відповідно, в теорії з'являються псевдоголдстоунівські бозони. Згідно із теоремою про голдстоунівські бозони, їхня кількість дорівнює кількості генераторів порушеної групи симетрії — трьом. Теорія також передбачає, що маси заряджених піонів однакові і відрізняються на маленьку поправку від маси нейтрального бозона. Ці бозони і є піонами.

Аналогічним чином можна розглянути лагранжіан кварків. У дуже грубому наближенні лагранжіан має -симетрію (при досить високих енергіях, втім, ця симетрія стає дедалі більш точною). Її спонтанне порушення до -симетрії призводить до появи восьми (а саме такою є кількість генераторів порушеної групи ) псевдоголдстоунівських бозонів — квартету каонів, ета-мезону та триплету піонів.

Примітки Редагувати

  1. C. Amsler et al.. (2008): Quark Model
  2. C. Amsler et al.. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s008.pdf Particle listings — π±
    ]
  3. C. Amsler et al.. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s009.pdf Particle listings — π0
    ]
  4. Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-60386-4. 
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Ne plutati z Pivoniya Kvarkova struktura pionaGrupa mezonivzayemodiyi silnaPeredbachena Yukava HidekiVidkrita Sesil Pauell Sezar Lattes en ta Dzhuzeppe Okk yalini en 1947 Simvol p 0 p p displaystyle pi 0 pi pi Chislo tipiv 3Masa p p 139 57018 35 displaystyle pi pi 139 57018 35 MeV p 0 134 9766 6 displaystyle pi 0 134 9766 6 MeV U Vikipediyi ye statti pro inshi znachennya cogo termina Pion znachennya Pioni abo pi mezoni elementarni chastinki yaki nalezhat do rodini mezoniv Isnuye nejtralnij p 0 displaystyle pi 0 i zaryadzheni pioni p displaystyle pi ta p displaystyle pi Usi pioni nestabilni Pioni mayut nulovij spin i odinichnij izotopichnij spin Voni skladayutsya z kvarkiv ta antikvarkiv pershogo pokolinnya p displaystyle pi mezon ye antichastinkoyu p displaystyle pi mezona p 0 displaystyle pi 0 mezon ye vlasnoyu antichastinkoyu Razom usi tri pioni skladayut izotopichnij triplet Zv yazok iz kvarkami ta kanali rozpadu RedaguvatiMarri Gell Man pokazav sho pioni razom iz eta mezonom i kaonami utvoryuyut oktet grupi S U 3 displaystyle SU 3 nbsp nezvidne predstavlennya 8 displaystyle 8 nbsp Vin utvoryuyetsya yak pryamij dobutok fundamentalnih predstavlen grupi S U 3 displaystyle SU 3 nbsp 3 3 8 1 displaystyle 3 otimes bar 3 8 oplus 1 nbsp kozhne iz yakih vidpovidaye kvarkam u d s displaystyle u d s nbsp Tochnishe kazhuchi pioni skladayutsya iz dvoh kvarkiv u d displaystyle u d nbsp ta yih antikvarkiv Pri nizkih energiyah koli KHD staye neperturbativnoyu kvarki ne mozhut buti vilnimi Voni ob yednuyutsya u mezoni i nukloni Lagranzhian KHD efektivno mozhna perepisati u terminah nukloniv ta mezoniv U takomu efektivnomu lagranzhiani perenosnikami yadernih sil stayut mezoni Zakon vzayemodiyi mizh nuklonami mozhna opisati za dopomogoyu yukavskoyi vzayemodiyi U r e r l r displaystyle U r sim frac e frac r l r nbsp de l 1 m p displaystyle l sim frac 1 m pi nbsp dovzhina ekranuvannya Iz takim zakonom vzayemodiyi pov yazane yavishe nasichennya yadernih sil Chas zhittya p0 mezonu znachno menshij nizh chas zhittya zaryadzhenih pioniv Ce pov yazano iz strukturoyu vzayemodij u Standartnij modeli Kvarkovij sklad p0 dozvolyaye jomu rozpadatis na fotoni u toj chas yak kvarkovij sklad zaryadzhenih pioniv robit mozhlivim rozpad lishe cherez W displaystyle W nbsp bozon Rozpad cherez W displaystyle W nbsp bozon silno prignichenij cherez jogo veliku masu a ne cherez konstantu slabkoyi vzayemodiyi yaka znachno bilsha za elektromagnitnu konstantu e g s i n 8 W displaystyle e gsin theta W nbsp U rezultati chas zhittya zaryadzhenih pioniv duzhe velikij div tablicyu harakteristik i lishe na dva poryadki bilshij za chas zhittya myuoniv yaki ne ye silno vzayemodiyuchimi chastinkami U vipadku iz nejtralnim pionom nablizhena S U 2 S U 2 displaystyle SU 2 otimes SU 2 nbsp simetriya tochnishe yiyi nezaryadzhena pidgrupa U 1 U 1 displaystyle U 1 otimes U 1 nbsp sho vidpovidaye peretvorennyam u e i g 5 a u displaystyle u to e i gamma 5 alpha u nbsp d e i b g 5 d displaystyle d to e i beta gamma 5 d nbsp yaka pov yazana iz malistyu mas u d displaystyle u d nbsp kvarkiv z yihnih zaryadovo nejtralnih kombinacij skladayetsya p0 zdavalosya b povinna silno prignichuvati amplitudu rozpadu na dva fotoni Prote eksperimentalno bulo viyavleno sho ocinka amplitudi rozpadu p 0 2 g displaystyle pi 0 to 2 gamma nbsp sho bazuyetsya na virnosti nablizhenoyi S U 2 S U 2 displaystyle SU 2 otimes SU 2 nbsp simetriyi daye znachno bilshij chas zhittya pionu nizh vin ye naspravdi Vihid iz ciyeyi situaciyi znajshli razom iz vidkrittyam nayavnosti u Standartnij modeli kiralnih anomalij yaki yavno porushuyut vkazanu simetriyu i peredbachayut amplitudu rozpadu pionu sho uzgodzhuyetsya iz eksperimentalnoyu U rezultati chas zhittya nejtralnih pioniv znachno menshij za chas zhittya p displaystyle pi pm nbsp Vlastivosti pioniv Nazva Chastinka simvol Anti chastinka simvol Skladovikvarki 1 Masa spokoyu MeV c2 IG JPC S C B Chas zhittya s Kanali rozpadu gt 5 rozpadiv Pion 2 p p ud 139 570 18 35 1 0 0 0 0 2 6033 0 0005 10 8 m nmPion 3 p0 vlasna u u d d 2 displaystyle tfrac mathrm u bar u mathrm d bar d sqrt 2 nbsp a 134 976 6 0 000 6 1 0 0 0 0 8 4 0 6 10 17 g g a Sklad ne tochnij cherez nenulovi masi kvarkiv 4 Pi mezon yak psevdogoldstounivskij bozon RedaguvatiZ tochki zoru KHD lagranzhian u d displaystyle u d nbsp kvarkiv maye nablizhenu simetriyu vidnosno peretvoren grupi S U 2 S U 2 displaystyle SU 2 otimes SU 2 nbsp Nayavnist simetriyi pov yazana iz yihnimi malimi masami Cya simetriya vtim ye spontanno porushenoyu inakshe dlya kozhnogo odnochastinkovogo stanu isnuvav bi virodzhenij iz nim stan iz protilezhnoyu parnistyu i timi zh spinom barionnim chislom ta divnistyu Stivenom Vajnbergom Dzheffri Goldstounom ta Abdusom Salamom bula dovedena teorema zgidno iz yakoyu spontanne porushennya globalnoyi neperervnoyi simetriyi u teoriyi prizvodit do poyavi u spektri chastinok rozv yazkiv teoriyi bezmasovih bozoniv spinu nul iz timi zhe kvantovimi chislami yaki maye element strumu sho vidpovidaye porushenij simetriyi tak zvanih goldstounivskih bozoniv Yih kilkist vidpovidaye kilkosti generatoriv porushenoyi grupi simetriyi Yaksho zh spontanno porushena simetriya teoriyi porushena malim dodankom u diyi inshimi slovami ye nablizhenoyu to bozoni nabuvayut masi V takomu razi voni nazivayutsya psevdogoldstounivskimi bozonami Bezmasovij lagranzhian u d displaystyle u d nbsp kvarkiv dlya prostoti zapisu sho ne zmenshuye korektnist bez vzayemodiyi L u i g m m u d i g m m d displaystyle L bar u i gamma mu partial mu u bar d i gamma mu partial mu d nbsp maye simetriyu vidnosno peretvoren grupi S U 2 S U 2 displaystyle SU 2 times SU 2 nbsp sho vidpovidaye kombinovanomu kiralnomu peretvorennyu u d u d e i A a t a i g 5 B a t a u d t a s 1 s 2 s 3 a displaystyle begin pmatrix u d end pmatrix to begin pmatrix u d end pmatrix e iA a t a i gamma 5 B a t a begin pmatrix u d end pmatrix quad t a left sigma 1 sigma 2 sigma 3 right a nbsp Vrahuvavshi masovij dodanok u lagranzhiani mozhna dijti visnovku sho cya simetriya tochnishe yiyi kiralna pidgrupa yavno porushena Masi cih kvarkiv vtim ye malimi tomu na visokih energiyah masovim dodankom mozhna znehtuvati v rezultati na visokih energiyah simetriya vidnovlyuyetsya Tomu yak napisano vishe eksperimentalno povinno bulo sposterigatisya dublyuvannya po kilkosti staniv chogo nemaye U rezultati prirodnim ye tverdzhennya sho cya grupa simetriyi yiyi kiralna pidgrupa spontanno porushena do S U 2 S U 2 S U 2 c h displaystyle SU 2 times SU 2 SU 2 ch nbsp Vidpovidno v teoriyi z yavlyayutsya psevdogoldstounivski bozoni Zgidno iz teoremoyu pro goldstounivski bozoni yihnya kilkist dorivnyuye kilkosti generatoriv porushenoyi grupi simetriyi trom Teoriya takozh peredbachaye sho masi zaryadzhenih pioniv odnakovi i vidriznyayutsya na malenku popravku vid masi nejtralnogo bozona Ci bozoni i ye pionami Analogichnim chinom mozhna rozglyanuti lagranzhian u d s displaystyle u d s nbsp kvarkiv U duzhe grubomu nablizhenni lagranzhian maye S U 3 S U 3 displaystyle SU 3 otimes SU 3 nbsp simetriyu pri dosit visokih energiyah vtim cya simetriya staye dedali bilsh tochnoyu Yiyi spontanne porushennya do S U 3 S U 3 S U 3 c h displaystyle SU 3 times SU 3 SU 3 ch nbsp simetriyi prizvodit do poyavi vosmi a same takoyu ye kilkist generatoriv porushenoyi grupi S U 3 displaystyle SU 3 nbsp psevdogoldstounivskih bozoniv kvartetu kaoniv eta mezonu ta tripletu pioniv Primitki Redaguvati C Amsler et al 2008 Quark Model C Amsler et al 2008 http pdg lbl gov 2008 listings s008 pdf Particle listings p C Amsler et al 2008 http pdg lbl gov 2008 listings s009 pdf Particle listings p0 Griffiths David J 1987 Introduction to Elementary Particles John Wiley amp Sons ISBN 0 471 60386 4 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Pioni amp oldid 39689110