Πιόνιο

Στη φυσική των σωματιδίων, πιόνιο (συντομογραφία του πι-μεσονίου. Συμβολίζεται με το γράμμα π) είναι οποιοδήποτε από τα εξής τρία υποατομικά σωματίδια: π⁰, π⁺ και π⁻. Τα πιόνια είναι τα ελαφρύτερα μεσόνια και παίζουν ένα σημαντικό ρόλο στην εξήγηση των χαμηλής ενέργειας ιδιοτήτων της ισχυρής πυρηνικής δύναμης.

Η δομή των κουάρκ ενός φορτισμένου πιονίου (π⁺)

Βασικές ιδιότητες

Τα πιόνια έχουν spin 0 και αποτελούνται από κουάρκς πρώτης γενιάς. Στο πρότυπο των κουάρκς, ένα up κουάρκ και ένα anti-down κουάρκ συνθέτουν ένα π⁺, ενώ ένα down κουάρκ και ένα anti-up κουάρκ συνθέτουν το π⁻, τα οποία είναι μεταξύ τους αντισωμάτια. Τα αφόρτιστα πιόνια είναι συνδυασμοί ενός up κουάρκ με ένα anti-up κουάρκ ή ενός down κουάρκ με ένα anti-down κουάρκ και έχουν τους ίδιους κβαντικούς αριθμούς.

Διάσπαση φορτισμένων πιονίων

Ο βασικός τρόπος διάσπασης του πιονίου, με πιθανότητα 99,9877% , είναι μια καθαρά λεπτονική διάσπαση σε ένα μιόνιο και το νετρίνο του:

π⁺ → μ⁺ + ν_μ

π⁻ → μ⁻ + ν_μ

Ο δεύτερος πιo κοινός τρόπος διάσπασης του πιονίου, με πιθανότητα 0,0123% , είναι επίσης λεπτονικός και το πιόνιο διασπάται σε ένα ηλεκτρόνιο και στο αντίστοιχο νετρίνο. Αυτός ο τρόπος ανακαλύφθηκε στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) το 1958:

π⁺ → e⁺ + ν_e

π⁻ → e⁻ + ν_e

Διάσπαση αφόρτιστων πιονίων

Το μεσόνιο π⁰ έχει μια ελαφρώς μικρότερη μάζα (135.0 MeV/c²) και μια πολύ πιο σύντομη μέσης διάρκειας ζωής (8.4×10⁻¹⁷ s). Αυτό το πιόνιο διασπάται με μια διδικασία ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Ο κύριος τρόπος διάσπασης, με πιθανότητα 98,798% , είναι σε δύο φωτόνια:

π⁰ → 2 γ

O δεύτερος πιο κοινός τρόπος διάσπασής του, με πιθανότητα 1,198% , είναι η αποκαλούμενη διάσπαση «Dalitz» σε ένα φωτόνιο και ένα ζευγάρι ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου:

π⁰ → γ + e⁻ + e⁺