פאיון

פאיון (Pion), או מזון פאי, הוא חלקיק תת-אטומי המכיל קוארק למעלה ואנטיקוארק למטה, או את האנטי-חלקיקים שלהם, או קוארקי למעלה או למטה יחד עם האנטי-חלקיקים של כל אחד מהם. לפיכך, קיימים שלושה סוגי פאיונים: πぱい⁺ (פאיון חיובי), πぱい^- (פאיון שלילי) ו-πぱい⁰ (פאיון נייטרלי). פאיונים הם המזונים הקלים ביותר ואף ההאדרונים הקלים ביותר. לצד מזונים אחרים, פאיונים הם הבוזונים הנושאים את הכוח הגרעיני, שהוא הכוח המחבר בין הנוקליאונים בגרעין האטום.

פאיון
Pion

מידע כללי
הרכב	האדרון
סטטיסטיקה	בוזון
קבוצת שיוך	מזון
סמל	πぱい
תכונות
ספין	0 ħ
מספר לפטוני	0
מספר באריוני	0
מטען צבע	0
אינטראקציות	הכוח החזק, אלקטרומגנטיות, הכוח החלש, כבידה הכוח הגרעיני (כשנמצא בגרעין)
הרכב קווארקים	πぱい+: ud πぱい-: du πぱい0: uu - dd2√
אורך חיים	πぱい±: ‎2.6033×10-8‎ שניות πぱい0: ‎8.52×10-17‎ שניות
היסטוריה
נצפה?	כן
תאריך גילוי	1947
מגלה	ססיל פאוול, סזאר לאטס , ג'וזפה אוקיאליני
ניסוי	תצפית על קרניים קוסמיות באמצעות לוח צילומי
מוסד	אוניברסיטת בריסטול
הכרה	פרס נובל לפיזיקה לשנת 1950

תכונות

לפאיון יש ספין של 0 וזוגיות שלילית, צירוף תכונות העושה אותו מזון פסאודוסקאלארי (pseudoscalar meson).

הפאיונים מכילים קוארקי דור ראשון. החלקיק πぱい⁺ מכיל קוארק למעלה אחד ואנטיקוארק למטה אחד. החלקיק πぱい^- מכיל קוארק למטה אחד ואנטיקוארק למעלה אחד. πぱい⁺ ו-πぱい^- הם האנטי-חלקיקים זה של זה.

הפאיונים חסרי הטעם, המכילים קוארק למעלה ואת האנטיקוארק שלו, או קוארק למטה ואת האנטיקוארק שלו, הם נייטרליים חשמלית. שני ההרכבים הקוארקיים הם בעלי אותם מספרים קואנטיים, כך שהם יכולים להימצא רק בסופרפוזיציה קוונטית זה עם זה. הפאיון הנייטרלי, πぱい⁰, הוא האנטי-חלקיק של עצמו.

הפאיונים הטעונים, πぱい^±, הם בעלי מסה של 139.57061 MeV ואורך חיים של ‎2.6033×10^-8‎ שניות. בכ-99.98% מהמקרים, הם דועכים, דרך הכוח החלש, למואון ולניוטרינו מואוני:

πぱい⁺ → W⁺ → μみゅー⁺ + νにゅー_μみゅー

πぱい^- → W^- → μみゅー^- + νにゅー_μみゅー

הפאיון הנייטרלי, πぱい⁰, הוא בעל מסה של 134.977 MeV ואורך חיים של ‎8.52×10^-17‎ שניות. נתון אורך חיים זה, הקצר מאוד לעומת הפאיונים הטעונים, נובע מכך ש-πぱい⁰ דועך דרך הכוח האלקטרומגנטי, שהוא חזק בהרבה מהכוח החלש. בכ-98.82% מהמקרים, πぱい⁰ דועך לשני פוטונים:

πぱい⁰ → 2 γがんま

פאיונים, לצד מזוני רו ומזוני אומגה, הם הבוזונים הנושאים את הכוח הגרעיני, הקושר את הפרוטונים והנייטרונים לכדי גרעין האטום. על כן, מזונים אלו אחראים לקיומם של גרעיני כל האטומים ביקום הכבדים ממימן-1.

מזוני רו ואומגה הם מצבים מעוררים (excited states) של הפאיון. מזוני רו ואומגה מכילים את אותם קוארקי ערכיות כמו הפאיון, אלא שהספין שלהם הוא 1 והם נושאים כמות גדולה יותר של אנרגיית קשר כרומודינמית לעומת הפאיון, יחד עם הבדלים קואנטיים נוספים, כך שיש להם מסות גדולות יותר, של כ-775.26 MeV ו-782.65 MeV בהתאמה. אורכי החיים שלהם קצרים מאוד, בין ‎4.41×10^-24‎ ל-‎7.75×10^-23‎ שניות. ברוב המקרים, מזוני רו ואומגה דועכים, דרך הכוח החזק, לשני פאיונים.

היסטוריה

ב-1935, הידקי יוקאווה חזה תאורטית את קיומם של מזונים, בתור החלקיקים הנושאים את הכוח הגרעיני. תאוריה זו מכונה תורת יוקאווה. על תחזיתו זו קיבל יוקאווה את פרס נובל לפיזיקה לשנת 1949.

ב-1947, פאיונים התגלו בניסוי, על ידי קבוצה שכללה את ססיל פאוול, סזאר לאטס וג'וזפה אוקיאליני מאוניברסיטת בריסטול. כפי שהיה נהוג באותה תקופה שלפני כניסת מאיצי החלקיקים לשימוש נרחב, הניסוי התבסס על קרניים קוסמיות. חברי הקבוצה הציבו לוחות צילומיים, מצופי תחליב גרעיני (nuclear emulsion) פרי פיתוחו של פאוול, על הרי הפירנאים ועל הרי האנדים, בגובה שנע בין כ-2,800 לכ-5,500 מטרים מעל פני הים. בחינה מיקרוסקופית של התחליב הגרעיני חשפה מסלולי חלקיקים טעונים, בהם נתגלה הפאיון. על תגליתו זו קיבל פאוול את פרס נובל לפיזיקה לשנת 1950.

ראו גם

• מזון (חלקיק)
• הכוח הגרעיני
• אנרגיית קשר גרעינית
• תורת יוקאווה
• הכוח החלש
• הכוח החזק
• מיון החלקיקים

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא פאיון בוויקישיתוף

• פיונים, דף שער בספרייה הלאומית