Pion | o particulă subatomică formată dintr-un quarc și un antiquarc

Trei tipuri de pioni

Cele trei tipuri de pioni au în simbolurile lor litera grecească pi:

π⁺ pentru pionul încărcat pozitiv

π^– pentru pionul cu sarcină negativă, și

π⁰ pentru pionul neutru.

(Superscriptul)⁺ ,^– , sau⁰ se referă pur și simplu la sarcina (electromagnetică) a pionului.

Quarcurile ascendente au o sarcină de +² ⁄₃ și antiquarcurile descendente au o sarcină de +¹ ⁄₃ , astfel încât π⁺ are sarcina +1 (ca un proton).

Antiparticulele au sarcină opusă particulelor lor, astfel încât antiquarcii up au o sarcină de -² ⁄₃ și quarcii down au o sarcină de -¹ ⁄₃ . Acest lucru înseamnă că π⁻ are sarcina -1 (ca un electron).

Deoarece π⁰ împerechează quarcurile de aceeași aromă cu antiquarcurile lor, atât quarcul up (+ ⁄²₃ ) împerecheat cu antiquarcul up (-² ⁄₃ ), cât și quarcul down (+¹ ⁄₃ ) împerecheat cu antiquarcul down (-¹ ⁄₃ ) îl lasă cu sarcină zero (ca un neutron).

Quarcii și antiquarcii au, de asemenea, un alt tip de sarcină numită culoare, care nu are legătură cu sarcina electromagnetică. Aceasta provine din interacțiunea puternică care ține quarcii împreună. La fel ca în cazul tuturor mezonilor, sarcinile de culoare dintr-un pion trebuie să fie egale și opuse: albastru cu antialbastru, verde cu antiverde sau roșu cu antiroșu. Efectul acestor perechi culoare-anticolor este că sarcina de culoare a pionului este incoloră (așa cum neutrul este neutru). La cele mai mici distanțe, de obicei în interiorul unui nucleu atomic, un mic efect al sarcinii de culoare rămâne și acționează ca forță nucleară care menține nucleul unit. Astfel, în interiorul nucleului, pionii virtuali (și alți mezoni virtuali) sunt schimbați între nucleoni (protoni și neutroni), trăgându-i împreună.

Antiquarcurile sunt antimaterie, deci vor anihila un quarc de aceeași aromă care este suficient de apropiat. Acest lucru înseamnă că quarcul și antiquarcul se vor transforma reciproc în energie.

Purtători de forță

Purtătorii de forță sunt particule care sunt responsabile de acțiunea forțelor, cum ar fi electromagnetismul. La fel cum fotonii sunt responsabili de forța electromagnetică, tot așa și mezonii sunt responsabili de unele dintre interacțiunile de forță puternică de energie mai mică (reziduală) care au loc între nucleoni. (Forța puternică este cunoscută și sub numele de forță nucleară sau forță puternică reziduală atunci când acțiunea sa se desfășoară între nucleoni). La un nivel și mai mic, gluonii sunt responsabili pentru interacțiunile forței tari dintre quarci.

Dezintegrarea pionilor

Dezintegrarea pionilor încărcați produce întotdeauna leptoni, cum ar fi electronii.

π⁺ se dezintegrează aproape întotdeauna într-un muon și un antineutrino de muon.

π^– se dezintegrează aproape întotdeauna într-un antimuon și un neutrino de muon.

Un pion neutru, π⁰ , se dezintegrează de obicei în doi fotoni foarte energizați.

Alte forme de dezintegrare a pionilor

Cu toate acestea, există o anumită probabilitate (de la <0,1% la 1,2%) implicată în dezintegrarea unor pioni, deoarece aceștia se pot dezintegra și în forme diferite. Pentru π⁺ , al doilea cel mai probabil produs de dezintegrare este un pozitron (un antielectron) și un neutrino electronic. π^– se va dezintegra uneori într-un electron și un antineutrino electronic. π⁰ se va dezintegra uneori într-un foton cu energie înaltă, un electron și un pozitron. (Rețineți că pozitronii și electronii se pot anihila reciproc, iar această anihilare produce fotoni foarte energizați).

Dezintegrare datorată forței slabe

Deoarece dezintegrarea pionilor se datorează forței slabe, se introduce un alt purtător de forță. În timpul dezintegrării, se creează un boson W ⁺, care durează 3x10⁻²⁵ secunde. După acest timp incredibil de scurt, bosonul W⁺ se va dezintegra în leptonii în care pionul s-ar fi dezintegrat în mod natural. Cu toate acestea, este important să se facă această distincție, deoarece aceasta include forța slabă.