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π介子

粒子物理学中,π介子是以下三种次原子粒子之一:π+π0ππ介子是最重要的介子之一,在揭示强核力的低能量特性中起着重要的作用。

π介子
π介子的夸克构成。
组成π+:ud
π0:dd / uu
π:du
玻色子
基本相互作用電磁力引力
符号π+π0π
理论汤川秀树
类型3
质量π±:139.57018(35) MeV/c2
π0:134.9766(6) MeV/c2
平均寿命π±:2.6×10-8s π0:8.4×10-17s
电荷π±:±e
π0:0
自旋0

目录

π介子拥有0自旋,由第一夸克组成。在夸克模型中,一个上夸克和一个反下夸克构成一个π+,一个下夸克和一个反上夸克构成一个π,它们互为反粒子。中性的组合——上夸克和反上夸克、下夸克和反下夸克组成π0,它们拥有相同的量子数,因而只能在叠加中出现。最低能量的叠加是π0,它的反粒子就是自己。

带电π介子衰变

π介子轻子型衰变的费曼图

π±介子拥有139.6MeV/c2质量,和2.6×10-8s的平均寿命。它们因弱作用而衰变。主要的衰变形式(占99.9877%)是纯轻子型衰变,变成一个μ子和一个μ中微子

π+ μ+ + νμ
π μ + νμ

第二种衰变模式(占0.0123%)是衰变成一个电子和一个电中微子。(由欧洲核子研究组织在1958年发现)

π+ e+ + νe
π e- + νe

μM子型衰变对电子型衰变的抑制作用的系数大约是

R π = ( m e / m μ ) 2 ( M π 2 M e 2 M π 2 M μ 2 ) 2 {\displaystyle R_{\pi }=(m_{e}/m_{\mu })^{2}\left({\frac {M_{\pi }^{2}-M_{e}^{2}}{M_{\pi }^{2}-M_{\mu }^{2}}}\right)^{2}}

这是一种自旋效应,称为螺旋抑制。

除了纯轻子型衰变,还有一种由结构决定的放射性轻子型衰变。这种β衰变非常少见(几率大约是10−8),最终生成一个中性π介子。

中性π介子衰变

π0介子的质量稍小,是135.0 MeV/c2,平均寿命则短得多,是8.4×10-17 s。它的衰变是由于电磁力的作用。它的主要衰变形式(占98.798%)是衰变成两个光子

π0 2 γ

它的第二种衰变方式(占1.198%)——达利茨衰变是衰变成一个光子和一对电子正电子

π0 γ + e- + e+

π介子衰变的几率在粒子物理学的分支,如手征微扰理论中非常重要。这个比率可由π介子衰变常量ƒπ)表示,大约是90 MeV。

π介子
粒子名称 粒子
符号
反粒子
符号
夸克
构成
静止质量MeV/c2 IG JPC S C B' 平均寿命 (s) 一般衰变产物

(>5%)

π介子 π+ π ud 139.570 18(35) 1 0 0 0 0 2.6033 ± 0.0005 × 10−8 μ+ +νμ
π介子 π0 自身 u u ¯ d d ¯ 2 {\displaystyle {\tfrac {\mathrm {u{\bar {u}}} -\mathrm {d{\bar {d}}} }{\sqrt {2}}}} [a] 134.976 6 ± 0.000 6 1 0−+ 0 0 0 8.4 ± 0.6 × 10−17 γ +γ

[a]^ 由于夸克质量非零而不准确。

汤川秀树在1935年的理论工作预测到了存在携带强核力的介子。在核力的作用范围内(猜想是原子核的半径),汤川秀树预测这种粒子的质量约为100 MeV/c²。紧接着,在1936年发现了μ子之后,人们曾认为这就是汤川秀树预测的粒子——它的质量是106 MeV/c²。但是,接下来的实验表明,μ子并不参与强核力的作用。用现在的术语来讲,μ子是一种轻子,而非介子。

在1947年第一个真正的介子——带电的π介子在塞西尔·鲍威尔塞萨尔·拉特斯朱塞佩·奥基亚利尼的合作下在布里斯托尔大学被发现。由于粒子加速器尚未诞生,高能量只能来自于大气中的宇宙射线。研究者在很长一段时间之内都需要把感光乳胶放在海拔很高的地方(最初在比利牛斯山南日比戈尔峰,后来搬到了安第斯山卡考塔亚峰),以让它暴露在高能射线中。在覆盖好这些实验品之后,研究者通过显微镜观察到了带电粒子的踪影。π介子最初被它们异常的“双介子”特性而被确认——它们衰变成另一种“介子”(μ子)。1948年,拉特斯和尤金·加德纳采用加利福尼亚大学伯克利分校粒子加速器,用α粒子轰击原子,成功地人造出π介子

1949年,汤川秀树因成功预测π介子而获得诺贝尔物理学奖。次年,鲍威尔因发展了采用感光乳胶确定粒子的方法也获得了同一奖项。

由于不带电,中性π介子相对带电的π介子来说很难发现:它在感光乳胶上没有痕迹。它的存在是由它的衰变产物证明的——因此它被称为电子光子的“软结合”。π0的衰变产物——2个光子在1950年被伯克利的加速器确认;同年英国布里斯托尔大学在宇宙射线气球实验中也发现了它。

π介子在宇宙论中也为宇宙射线能量增加了上限——GZK极限

根据现代物理学对强相互作用的解释(量子色动力学),π介子被认为是手征对称性破缺戈德斯通玻色子的对应粒子。这解释了π介子轻于其他介子(如η'介子,958 MeV/c²)的原因。根据戈德斯通定理的预测,如果构成它们的夸克没有质量(符合手徵對稱性),那么π介子的质量就为零。但是夸克实际上有一点质量,因此π介子质量也不大。

一些國家单位发现了π介子在辐射疗法上的作用。这些单位包括洛斯阿拉莫斯国家实验室——它用这种疗法在1974年至1981年间治疗了228位病人[1][2]

  1. C. Amsler et al.. (2008): Quark Model页面存档备份,存于互联网档案馆
  2. C. Amsler et al.. (2008): Particle listings –π±页面存档备份,存于互联网档案馆
  3. C. Amsler et al.. (2008): Particle listings –π0页面存档备份,存于互联网档案馆
  4. Griffiths, David J. Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. 1987. ISBN 0-471-60386-4.

π介子
π介子, 语言, 监视, 编辑, 在粒子物理学中, 介子是以下三种次原子粒子之一, 0和π, 介子是最重要的介子之一, 在揭示强核力的低能量特性中起着重要的作用, 介子π, 介子的夸克构成, 组成π, du系玻色子基本相互作用强, 電磁力, 引力符号π, 0和π, 理论汤川秀树类型3质量π, 57018, 9766, c2平均寿命π, 17s电荷π, 0自旋0, 目录, 基本性质, 带电π, 介子衰变, 中性π, 介子衰变, 历史, 参见, 参考资料, 延伸阅读, 外部链接基本性质, 编辑π, 介子拥有0自旋, 由. p介子 语言 监视 编辑 在粒子物理学中 p 介子是以下三种次原子粒子之一 p p 0和p p 介子是最重要的介子之一 在揭示强核力的低能量特性中起着重要的作用 p 介子p 介子的夸克构成 组成p ud p 0 dd uu p du系玻色子基本相互作用强 弱 電磁力 引力符号p p 0和p 理论汤川秀树类型3质量p 139 57018 35 MeV c2 p 0 134 9766 6 MeV c2平均寿命p 2 6 10 8s p0 8 4 10 17s电荷p e p 0 0自旋0 目录 1 基本性质 1 1 带电p 介子衰变 1 2 中性p 介子衰变 2 历史 3 参见 4 参考资料 5 延伸阅读 6 外部链接基本性质 编辑p 介子拥有0自旋 由第一代夸克组成 在夸克模型中 一个上夸克和一个反下夸克构成一个p 一个下夸克和一个反上夸克构成一个p 它们互为反粒子 中性的组合 上夸克和反上夸克 下夸克和反下夸克组成p 0 它们拥有相同的量子数 因而只能在叠加中出现 最低能量的叠加是p 0 它的反粒子就是自己 带电p 介子衰变 编辑 p 介子轻子型衰变的费曼图 p 介子拥有139 6MeV c2的质量 和2 6 10 8s的平均寿命 它们因弱作用而衰变 主要的衰变形式 占99 9877 是纯轻子型衰变 变成一个m子和一个m中微子 p m nmp m nm 第二种衰变模式 占0 0123 是衰变成一个电子和一个电中微子 由欧洲核子研究组织在1958年发现 p e nep e ne m M子型衰变对电子型衰变的抑制作用的系数大约是 R p m e m m 2 M p 2 M e 2 M p 2 M m 2 2 displaystyle R pi m e m mu 2 left frac M pi 2 M e 2 M pi 2 M mu 2 right 2 这是一种自旋效应 称为螺旋抑制 除了纯轻子型衰变 还有一种由结构决定的放射性轻子型衰变 这种b 衰变非常少见 几率大约是10 8 最终生成一个中性p 介子 中性p 介子衰变 编辑 p 0介子的质量稍小 是135 0 MeV c2 平均寿命则短得多 是8 4 10 17 s 它的衰变是由于电磁力的作用 它的主要衰变形式 占98 798 是衰变成两个光子 p 0 2 g 它的第二种衰变方式 占1 198 达利茨衰变是衰变成一个光子和一对电子 正电子 p 0 g e e p 介子衰变的几率在粒子物理学的分支 如手征微扰理论中非常重要 这个比率可由p 介子衰变常量 ƒp 表示 大约是90 MeV p 介子 粒子名称 粒子 符号 反粒子 符号 夸克 构成 1 静止质量 MeV c2 IG JPC S C B 平均寿命 s 一般衰变产物 gt 5 p 介子 2 p p ud 139 570 18 35 1 0 0 0 0 2 6033 0 0005 10 8 m nmp 介子 3 p 0 自身 u u d d 2 displaystyle tfrac mathrm u bar u mathrm d bar d sqrt 2 a 134 976 6 0 000 6 1 0 0 0 0 8 4 0 6 10 17 g g a 由于夸克质量非零而不准确 4 历史 编辑汤川秀树在1935年的理论工作预测到了存在携带强核力的介子 在核力的作用范围内 猜想是原子核的半径 汤川秀树预测这种粒子的质量约为100 MeV c 紧接着 在1936年发现了m子之后 人们曾认为这就是汤川秀树预测的粒子 它的质量是106 MeV c 但是 接下来的实验表明 m子并不参与强核力的作用 用现在的术语来讲 m子是一种轻子 而非介子 在1947年第一个真正的介子 带电的p介子在塞西尔 鲍威尔 塞萨尔 拉特斯和朱塞佩 奥基亚利尼的合作下在布里斯托尔大学被发现 由于粒子加速器尚未诞生 高能量只能来自于大气中的宇宙射线 研究者在很长一段时间之内都需要把感光乳胶放在海拔很高的地方 最初在比利牛斯山的南日比戈尔峰 后来搬到了安第斯山的卡考塔亚峰 以让它暴露在高能射线中 在覆盖好这些实验品之后 研究者通过显微镜观察到了带电粒子的踪影 p介子最初被它们异常的 双介子 特性而被确认 它们衰变成另一种 介子 m子 1948年 拉特斯和尤金 加德纳采用加利福尼亚大学伯克利分校的粒子加速器 用a粒子轰击碳原子 成功地人造出p介子 1949年 汤川秀树因成功预测p介子而获得诺贝尔物理学奖 次年 鲍威尔因发展了采用感光乳胶确定粒子的方法也获得了同一奖项 由于不带电 中性p介子相对带电的p介子来说很难发现 它在感光乳胶上没有痕迹 它的存在是由它的衰变产物证明的 因此它被称为电子和光子的 软结合 p 0的衰变产物 2个光子在1950年被伯克利的加速器确认 同年英国布里斯托尔大学在宇宙射线气球实验中也发现了它 p介子在宇宙论中也为宇宙射线能量增加了上限 GZK极限 根据现代物理学对强相互作用的解释 量子色动力学 p介子被认为是手征对称性破缺的戈德斯通玻色子的对应粒子 这解释了p介子轻于其他介子 如h 介子 958 MeV c 的原因 根据戈德斯通定理的预测 如果构成它们的夸克没有质量 符合手徵對稱性 那么p介子的质量就为零 但是夸克实际上有一点质量 因此p介子质量也不大 一些國家单位发现了p介子在辐射疗法上的作用 这些单位包括洛斯阿拉莫斯国家实验室 它用这种疗法在1974年至1981年间治疗了228位病人 1 2 参见 编辑介子素原子 粒子列表 夸克模型 明顯對稱性破缺参考资料 编辑 C Amsler et al 2008 Quark Model 页面存档备份 存于互联网档案馆 C Amsler et al 2008 Particle listings p 页面存档备份 存于互联网档案馆 C Amsler et al 2008 Particle listings p 0 页面存档备份 存于互联网档案馆 Griffiths David J Introduction to Elementary Particles John Wiley amp Sons 1987 ISBN 0 471 60386 4 延伸阅读 编辑Gerald Edward Brown and A D Jackson The Nucleon Nucleon Interaction 1976 North Holland Publishing Amsterdam ISBN 0 7204 0335 9外部链接 编辑Mesons 页面存档备份 存于互联网档案馆 at the Particle Data Group Mesons 页面存档备份 存于互联网档案馆 at Hyperphysics取自 https zh wikipedia org w index php title P介子 amp oldid 65110253, 维基百科,wiki,书籍,书籍,图书馆,

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