Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Пи-мезоны

Пи-мезоны (далее П) p-мезоны, пионы, группа из трех нестабильных элементарных частиц - двух заряженных (p+ и p-) и одной нейтральной (p0); принадлежат к классу сильно взаимодействующих частиц (адронов) и являются среди них наиболее легкими. Пионы примерно в 7 раз легче протонов и в 270 раз тяжелее электронов, т. е. обладают массой, промежуточной между массами протона и электрона; в связи с этим они и были названы мезонами (от греч. mésos - средний, промежуточный). Спин пионов равен нулю и, следовательно, они относятся к бозонам (т. е. подчиняются Бозе - Эйнштейна статистике). Пионы являются квантами поля ядерных сил, осуществляющих, в частности, связь нуклонов в ядрах.

  Основные свойства пионов и их квантовые числа. Пионы участвуют во всех известных типах взаимодействий элементарных частиц: сильном, электромагнитном, слабом и гравитационном. Гравитационное взаимодействие пионов крайне мало (как и у других элементарных частиц) и не изучалось. Слабое взаимодействие ответственно за нестабильность заряженных пионов, которые распадаются в основном на мюон (m) и мюонное нейтрино (nm) или антинейтрино (): p+ ® m+ + nm, p- ® m- + . p0 распадается за счет электромагнитного взаимодействия преимущественно на два g-кванта: p0 ® g + g.

  Электрический заряд Q пионов в единицах элементарного заряда е равен + 1 у p+, -1 у p- и 0 у p0. Внутренняя четность пионов отрицательна: Р = - 1. (Частицы со спином J = 0 и Р= -1 называются псевдоскалярными.) Барионный заряд В и странность пионов равны нулю. p+ и p- являются частицей и античастицей по отношению друг к другу; поэтому их времена жизни t и массы m одинаковы: tp+ = tp- = (2,6024 ± 0,0024)×10-8 сек,  = (139,5688 ± 0.0064) Мэв/с2 " 264me, где me - масса электрона, с - скорость света. p0 тождествен своей античастице (т. е. является абсолютно нейтральной частицей) и имеет положительную зарядовую четность: С = + 1 (см. Зарядовое сопряжение), время жизни и масса p°:

  tp0 = (0,84 ± 0,10)×10-16 сек,

   = (134,9645 ± 0,0074) Мэв/с2 " 273 me.

Пионы обладают изотопическим спином = 1 и, следовательно, образуют изотопический триплет: с тремя возможными "проекциями" изотопического спина з = + 1,0,-1 сопоставляются три зарядовых состояния пионов: p+, po, p- (см. Изотопическая инвариантность). В схеме классификации адронов пионы совместно с h-мезоном и К-мезонами (К+, К-, К°, ) объединяются в октет псевдоскалярных мезонов (см. Элементарные частицы). Обобщенная зарядовая четность пионов (G-четность) отрицательна: G = - 1.

  Законы сохранения квантовых чисел налагают определенные запреты на протекание различных реакций с участием пионов. Например, реакция p + p ® p + p + p не может протекать за счет сильного взаимодействия, в котором G-четность сохраняется, а распад p0-мезонов возможен только на четное число фотонов из-за сохранения зарядовой четности в электромагнитном взаимодействии (фотон имеет отрицательную зарядовую четность; С- и G-четности системы частиц равны произведению соответствующих четностей входящих в систему частиц).

  Пионы сильно взаимодействуют с ядрами, вызывая, в частности, их расщепление (рис. 1, а). Пробег пионов в веществе до ядерного взаимодействия зависит от их энергии и составляет, например, в графите для p- мезонов около 13 см при энергии 200 Мэв и около 30 см при энергии 3 Гэв. При энергиях менее 50 Мэв пробег заряженных пионов в веществе определяется в основном потерями энергии на ионизацию так что, замедляясь, они обычно не успевают до своей остановки провзаимодействовать с ядрами. Так, пробег до остановки в ядерной фотоэмульсии p+ или p- с энергией 15 Мэв равен примерно 4,7 мм. При этом остановившийся p+ распадается на положительный мюон и нейтрино (рис. 2), p- захватывается ближайшим образуя мезоатом; последующий ядерный захват p--мезона происходит с мезоатомных орбит и приводит к расщеплению ядра (рис. 1, б).

  p-мезоны в значительной степени определяют состав космических лучей в пределах земной атмосферы. Являясь основными продуктами ядерных взаимодействий частиц первичного космического излучения (протонов и более тяжелых ядер) с ядрами атмосферы, пионы входят в состав ядерно-активной компоненты космических лучей; распадаясь, p+- и p--мезоны создают проникающую компоненту космического излучения - мюоны и нейтрино высоких энергий, а p0-мезоны - электронно-фотонную компоненту.

  История открытия. Гипотеза о существовании пионов как "переносчика" ядерных сил была высказана японским физиком Х. Юкава в 1935 для объяснения короткодействующего характера и большой величины ядерных сил. Из неопределенностей соотношения для энергии и времени следовало, что если действующие между нуклонами (протонами и нейтронами) в ядре силы обусловлены обменом квантами поля ядерных сил, то масса этих квантов (позднее они были названы p-мезонами) должна составлять около 300 электронных масс. Частицы приблизительно такой массы были обнаружены в 1936-37 в космических лучах. Однако они не обладали свойствами частиц, предсказанных Юкавой (см. Мюон). Поиски заряженных p-мезонов увенчались успехом лишь в 1947, когда английскими учеными С. Латтесом, Х. Мюирхедом, Дж. Оккиалини и С. Ф. Пауэллом были найдены в ядерных фотоэмульсиях, облученных космическими лучами на большой высоте над поверхностью Земли, треки частиц, свидетельствующие о распаде p+ ® m+ + nm (см. рис. 2). В лабораторных условиях заряженные пионы были впервые получены в 1948 на ускорителе в (США). Существование нейтральных пионов вытекало из обнаруженной на опыте зарядовой независимости ядерных сил (взаимодействие между одинаковыми нуклонами - двумя протонами или двумя нейтронами - может осуществляться только обменом нейтральными пионами). Экспериментально p°-мезоны были впервые обнаружены в 1950 по g-квантам от их распада; p0 рождались в столкновениях фотонов и протонов высокой энергии (около 330 Мэв) с ядрами. Обладая массой покоя mp, пионы требуют для своего образования ("рождения") затраты энергии, не меньшей их энергии покоя mpс2. Так, для протекания реакции р + р ® р + р + p0 необходимо, чтобы кинетическая энергия налетающего протона р превышала пороговую энергию, которая в лабораторной системе координат составляет около 282 Мэв. Пороговая энергия образования пионов на тяжелых ядрах ниже, чем на протонах, и близка к mpс2.

  Источники пионов. Одним из важнейших источников пионов в природе, как уже говорилось, являются космические лучи. Под действием первичной компоненты космических лучей пионы рождаются в верхних слоях атмосферы, но из-за ядерного поглощения и распада до уровня моря доходит лишь их незначительная часть. Исследования космических лучей на высокогорных станциях и с помощью аппаратов, вынесенных в верхние слои атмосферы и космическое пространство, дают важные сведения о пионах и их взаимодействиях. Однако количественное изучение свойств пионов выполняется преимущественно на пучках частиц высокой энергии, получаемых на ускорителях протонов и электронов. На ускорителях были установлены квантовые числа пионов, произведены точные измерения масс, времен жизни, редких способов распада, детально изучены реакции, вызываемые пионами. Современные ускорители создают пучки пионов высокой энергии (десятки Гэв) с потоками ~ 107 пионов в 1 сек, а так называемые "мезонные фабрики" (сильноточные ускорители на энергии ~ 1 Гэв) должны давать потоки до 1010 пионов в 1 сек. Пучки быстрых заряженных пионов, которые проходят до распада десятки и сотни м, обычно транспортируются к месту изучения их свойств и взаимодействий по специальным вакуумным каналам. На рис. 3 изображена схема установки для получения и исследования p--мезонов.

  Пучки получаемых на ускорителях p- -мезонов начинают применять в лучевой терапии. Продукты распада пионов (мюоны, нейтрино, фотоны, электроны и позитроны) используются для изучения слабых и электромагнитных взаимодействий.

  Взаимодействия пионов. Наиболее специфичным для p-мезонов является сильное взаимодействие, которое характеризуется максимальной симметрией (выполнением наибольшего числа законов сохранения), малым радиусом действия сил (£ 10-13 см) и большой константой взаимодействия (g). Так, безразмерная константа, характеризующая связь пионов с нуклонами, g2/c " 14,6 в тысячи раз превышает безразмерную константу электромагнитного взаимодействия

  a = e2/c " 1/137

(здесь  - постоянная Планка).

  К процессам сильного взаимодействия пионов относятся рассеяние пионов нуклонами, рождение пионов в столкновениях адронов, аннигиляция антинуклонов и нуклонов с образованием пионов, рождение пионами так называемых странных частиц - К-мезонов и гиперонов и др. Неупругие взаимодействия адронов при высоких энергиях (>109 эв) обусловлены преимущественно процессами множественного рождения пионов (см. Множественные процессы). В области меньших энергий (108-109 эв) при взаимодействии пионов с др. мезонами и наблюдается образование квазисвязанных систем - возбужденных состояний мезонов и (так называемых резонансов) с временем жизни 10-22 - 10-23 сек. Эти состояния могут проявляться, например, в виде максимумов в энергетической зависимости полных сечений реакций (рис. 4).

  Пионы, как и все адроны, испускают и поглощают виртуальные сильно взаимодействующие частицы (или пары частиц-античастиц). Радиус создаваемого таким образом облака виртуальных адронов, окружающего заряженные пионы, составляет примерно 0,7×10 -13см.

  Среди электромагнитных взаимодействий пионов наиболее полно изучены процессы рождения p-мезонов фотонами и электронами. Специфической чертой электромагнитных процессов с участием пионов является определяющая роль сильных взаимодействий. Так, характерный максимум в зависимости полного сечения процесса е+ + е- ® p++ p- + p° от энергии (рис. 5) обусловлен резонансным взаимодействием в системе трех пионов (максимум соответствует энергии покоя w-мезона, который распадается на 3p). Хорошо изученное электромагнитное поле служит эффективным инструментом для исследования природы p-мезонов.

  Слабое взаимодействие играет важную роль в физике p-мезонов, обусловливая нестабильность заряженных пионов, а также распады странных частиц на пионы. Изучение распадов p ® m + n, К ® p + p, К ® p + p + p привело к важнейшим открытиям физики. Было установлено следующее: образующееся в результате p - m- -распада нейтрино (nm) отличается от нейтрино (ne), возникающего при бета-распаде ядер (см. Нейтрино), в слабом взаимодействии не сохраняется пространственная четность (Р); в распадах на пионы так называемых долгоживущих нейтральных К-мезонов () нарушается закон сохранения комбинированной четности (см. Комбинированная инверсия).

  Роль пионов в физике ядра и элементарных частиц. Исследование процессов взаимодействия пионов с элементарными частицами и ядрами существенно для выяснения природы элементарных частиц и определения структуры ядер.

  В облаке виртуальных адронов, окружающем каждую сильно взаимодействующую частицу, наиболее удаленную область занимают пионы (так как они имеют наименьшую массу). Поэтому пионы определяют периферическую часть сильных взаимодействий элементарных частиц, в частности наиболее важную для теории ядра периферическую часть ядерных сил. На малых же расстояниях между адронами ядерные силы обусловлены преимущественно обменом пионными резонансами.

  Электромагнитные свойства адронов - их аномальный момент, поляризуемость, пространственное распределение электрического заряда адронов и т.д.- определяются в основном облаком пионов, виртуально испускаемых и поглощаемых адронами. Здесь также играют важную роль резонансные взаимодействия пионов (см. Электромагнитные взаимодействия).

  Наконец, влияние сильного взаимодействия на слабое также в значительной степени определяется p-мезонным полем.

  Существующие представления о природе p-мезонов носят предварительный, модельный характер. Принято считать, что масса пионов обусловлена сильным взаимодействием, а различие масс заряженных и нейтральных пионов - электромагнитным. Большое эвристическое значение имела гипотеза Э. Ферма и Ян Чжэнь-нина (1949) о том, что пион представляет собой сильно связанную систему (с энергией связи ~ 1740 Мэв) из нуклона и антинуклона. Согласно модели кварков, пионы являются связанными состояниями кварка и антикварка. Однако последовательная теория, описывающая p-мезонное поле и его взаимодействия с другими полями, отсутствует. Таким образом, еще нет ясности в сложных вопросах природы и взаимодействия p-мезонов.

  Изучение свойств p-мезонов и процессов с их участием интенсивно ведется в крупнейших лабораториях мира.

  Лит.: Газиорович С., Физика элементарных частиц, пер. с англ., М., 1969; Маршак Р. Е., Пионы, в кн.: Элементарные частицы, в. 2, М., 1963, с. 32-39; Орир Дж., Популярная физика, пер. с англ., М., 1969; Пауэлл С., Фаулер П, Перкинс Д., Исследование элементарных частиц фотографическим методом, пер. с англ., М., 1962.

  А. И. Лебедев.

Рис. 5. Зависимость полного сечения s процесса е+ + е- ® p+ + p- + p° от суммарной энергии (2 Е) встречных пучков электронов (е-) и позитронов (е+).
Рис. 5. Зависимость полного сечения s процесса е+ + е- ® p+ + p- + p° от суммарной энергии (2 Е) встречных пучков электронов (е-) и позитронов (е+).

Рис. 4. Зависимость полных сечений s взаимодействия p+- и p--мезонов с протонами (p) от полной суммарной энергии сталкивающихся частиц в системе центра масс (Ец .м.).
Рис. 4. Зависимость полных сечений s взаимодействия p+- и p--мезонов с протонами (p) от полной суммарной энергии сталкивающихся частиц в системе центра масс (Ец .м.).


Рис. 2. Фотография одного из первых зарегистрированных в ядерной фотоэмульсии случаев распада p+®m + +nm.
Рис. 2. Фотография одного из первых зарегистрированных в ядерной фотоэмульсии случаев распада p+®m + +nm.


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 20.01.2022 22:49:15
22:44 Украинский депутат оценил санкции США против себя
22:33 Нурмагомедов вспомнил о «колоссальном давлении» перед дебютом в UFC
22:31 Россия дала Евросоюзу совет для возобновления диалога
22:26 Россия назвала НАТО инструментом прошлого века
22:24 Новый пакет санкций США против России назвали отголоском гибридной войны
22:22 США обсудили помощь Украине с «Бухарестской девяткой»
22:14 Владелец дома на месте убийств секты Мэнсона захотел избавиться от жилья
22:13 Россия и Китай заблокировали санкции против пяти лиц за связи с Северной Кореей
22:06 Пеле потребовалась химиотерапия
21:59 Европейская страна ввела обязательную вакцинацию от коронавируса
21:00 Раскрыта связь между трусами и возрастом женщины
20:06 Apple призвала срочно обновить iPhone
Больше новостей
СегодняБывший СССР «В местной элите идет борьба» Кто стоял за массовыми протестами в Казахстане и могут ли они захлестнуть всю Среднюю Азию
СегодняЭкономика Центробанк предложил запретить криптовалюты в России. Что будет с биткоинами россиян и причем тут ФСБ?
СегодняМир «Они заплатят за это» Джо Байден пообещал России катастрофу и невиданные санкции в случае военного вторжения на Украину
21:34 В Приднестровье заявили об отсутствии манипуляций с российским газом
21:25 Украина решила участвовать в сертификации «Северного потока-2»
21:06 Государственный департамент США опроверг гарантии о нерасширении НАТО на Восток
СегодняЦенности «Я хотела преподать урок олигарху» Как разводятся богатейшие люди планеты?
СегодняРоссия «Это для нас с мужем стало ударом» Один из тысячи детей рождается с неизлечимой болезнью. Как им помочь в России?
20:37 Возлюбленные поехали отдыхать в Мексику и были жестоко убиты во время отпуска
20:36 Мясников предостерег от посещения больниц во время пандемии
22:17 Несколько десятков мертвых кошек обнаружили на частном участке в Подмосковье
СегодняКультура Сначала было тело. В прокате — победившая на фестивале в Венеции драма про подпольный аборт. Почему ее стоит смотреть?
Сегодня69-я параллель Во льдах Арктики появится первая за много лет научная платформа. Как она изменит будущее российского Севера?
20:33 Названы затраты на подготовку российских спортсменов к Олимпиаде
21:51 В России заявили о самостоятельной изоляции Евросоюза от диалога по безопасности
21:41 Акции «Обуви России» обвалились
Сегодня69-я параллель «Еда закончится, и они захотят вас съесть» Почему белые медведи бегут с Аляски в Россию? Отвечает ученый
СегодняНаука и техника Вот это доставляет. Как технологии изменили жизнь людей всего за один год
21:45 В НАТО пригрозили России «высокой ценой» при эскалации на Украине
21:37 ООН назвала ожидания от предстоящей встречи Лаврова и Блинкена
21:35 Архивное фото полуголой москвички с младенцем заставило россиян поспорить
19 января 2022Экономика Неуловимый Чжао. Как бывший работник «Макдоналдса» заработал миллиарды на криптовалюте и стал богатейшим человеком Азии
19 января 2022Россия Где в Москве встретить роботов. Как роботы развлекают взрослых и детей в общественных местах и помогают им
21:25 Дочь Трампа пригласили к «добровольному» сотрудничеству со следствием
21:23 Украинская полиция опровергла сообщения о минировании офиса Зеленского
21:17 Центробанк в ближайшее время представит обновленную банкноту 100 рублей
СегодняНаука и техника Партнерский материалЧетвертый по алфавиту, но главный по значению. Все, что вам нужно знать о витамине D
19 января 2022Россия «Природа решила поставить нас на место» Чем опасен омикрон-штамм и чего ждать от него России — отвечает генетик
21:13 На Украине захотели построить космодром
21:12 Главный тренер «Динамо» прокомментировал дубль Смолова
21:11 На Украине назвали санкции США политическим террором
19 января 2022Силовые структуры Щедрый гангстер. Как самый дерзкий и успешный грабитель Урала воровал миллионы и помогал сиротам
19 января 2022Спорт «Мне нравится быть секс-символом» Туктамышева — самая яркая фигуристка России. Почему она вновь пропускает Олимпиаду?
21:10 Тихановская выпустила заявление о референдуме в Белоруссии
21:06 Байден назвал российской угрозой «маленьких человечков в зеленой форме»
20:57 В Молдавии назвали способ выйти из газовых кризисов
19 января 2022Из жизни «Мороз — не самая большая проблема» История семьи из Индии, которая перебралась в Россию и полюбила ее, несмотря на холод
18 января 2022Россия «Ты просто не знаешь, на что они способны» Две медсестры сургутской больницы покончили с собой. Кто виноват в их смерти?
20:52 Российский академик ответил на вопрос об окончании пандемии из-за омикрона
20:46 Первый полет российского самолета «Байкал» состоится в январе
20:34 Курс биткоина вырос после «репрессий» в России
18 января 2022Бывший СССР «Это не страшно, это смешно» Зеленский решил устранить главного конкурента. Как дело Порошенко изменит политику Украины?
18 января 2022Наука и техника «Число танков, орудий, трупов — огромно» Как Красной армии удалось прорвать блокаду Ленинграда
20:31 Никас Сафронов рассказал о вызванных соседством с Бондарчуком неудобствах
20:28 В МВД рассказали о деле задержанного замминистра транспорта России Токарева
20:17 Два бездомных до смерти избили москвича в подъезде жилого дома
18 января 2022Культура Биба и Боба. «Звездные войны» превратили в криминальный боевик. Что из этого получилось?
18 января 2022Россия «Боль такая, что невозможно вздохнуть» Свету спасет срочная операция. Ей нужна ваша помощь
20:12 Пожизненно осужденный россиянин сознался в совершенной в 1998 году серии убийств
20:10 ВГТРК оштрафовали из-за БДСМ-сессии в эфире программы «60 минут»
20:05 Девушка потратила пять миллионов рублей ради внешности Барби
17 января 2022Россия «У тебя это как будто на лбу написано» Истории россиян, которые живут с психическими расстройствами
17 января 2022Путешествия «На рынках покупают и рыбу, и женщин» Россиянин провел отпуск в Мексике. Чем его удивила латиноамериканская страна?
20:00 Мужчина на 67 лет отказался от мытья из-за страха быть убитым
19:56 Байден рассказал о последствиях эскалации конфликта на Украине
19:54 «Челси» попытался выкупить собственного футболиста из аренды и потерпел неудачу
СегодняЭкономика Партнерский материалСбер в помощь. Банк поможет клиентам работать в поле 115-ФЗ
19:53 Стало известно об искалечивших полсотни пациентов врачах в роддоме на Кавказе
19:48 Законодатели США назвали республики Донбасса террористическими организациями
19:48 В США представили проект новых санкций против России
19:46 Литва решила снести Дом Москвы
19:44 Врач назвал способы борьбы с опасным последствием коронавируса
19:43 Идрак Мирзализаде продал на аукционе аннулированный российский вид на жительство
19:40 Врач ознакомился с историей болезней Ленина
19:38 Toyota остановила работу на ключевом заводе
19:38 Эрдоган предложил организовать встречу Путина и Зеленского «с глазу на глаз»
19:36 У подмосковного полицейского нашли весы и наркотики
19:34 Украинский Bayraktar заметили над Черным морем
19:33 Для съемок фильма Тома Круза в космосе построят первую киностудию и спортзал
19:31 19-летняя летчица в одиночку облетела земной шар и установила мировой рекорд
19:23 Названы имена владельцев самых дорогих квартир в Москве
19:17 Брошенная женихом за два дня до свадьбы женщина вышла замуж за кинжал
19:13 ООН осудила отрицание холокоста
19:12 Российский фондовый рынок закрылся ростом
19:07 Иммунолог назвал наиболее защищенную от омикрона категорию россиян
19:06 Секс физрука и российской школьницы в машине заинтересовал следователей
19:01 Кофе связали с низким риском развития рака матки
19:01 Модель рассказала о пристрастиях основателя Playboy и оргиях в его особняке
18:59 Замглавы депздрава Ивановской области арестовали за мошенничество
18:57 Арендаторы украли ванну и поселили тараканов в квартире россиянки
18:57 В Киеве осудили политическое преследование Порошенко
18:56 В столичном СИЗО найден повешенным подследственный из Узбекистана
18:53 Вассерман высказался об оголяющихся на фоне храмов и мечетей блогерах
18:52 ФСБ рассказала о поимке фигурантов дела о «посольском кокаине»
18:51 Вагнер Лав перешел в новый клуб
18:41 От взрывов в Колумбии погибли три человека
18:40 «Росатом» подписал соглашение о поставке энергии на месторождение в Якутии
18:36 Путин присвоил главе «Газпрома» звание Героя труда
18:29 Итальянский принц решил засудить любовницу из Белоруссии за вымогательство денег
18:26 «Молдовагаз» рассчиталась за газ после предупреждения «Газпрома»
18:25 Назначена дата референдума по новой конституции Белоруссии
18:25 Россиянин после убийства расчленил свою мать и вынес останки в мусор
18:23 Смолов оформил дубль за «Динамо» в первом матче после возвращения