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+ (פאיון חיובי), π- (פאיון שלילי) ו-π0 (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
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+: ud

π-: du

π0: uu - dd2
אורך חיים

π±: ‎2.6033×10-8שניות

π0: ‎8.52×10-17‎ שניות
היסטוריה
נצפה? כן
תאריך גילוי 1947
מגלה ססיל פאוול, סזאר לאטס (אנ'), ג'וזפה אוקיאליני (אנ')
ניסוי תצפית על קרניים קוסמיות באמצעות לוח צילומי
מוסד אוניברסיטת בריסטול
הכרה פרס נובל לפיזיקה לשנת 1950
לעריכה בוויקינתונים שמשמש מקור לחלק מהמידע בתבנית

תכונות עריכה

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

הפאיונים מכילים קוארקי דור ראשון. החלקיק π+ מכיל קוארק למעלה אחד ואנטיקוארק למטה אחד. החלקיק π- מכיל קוארק למטה אחד ואנטיקוארק למעלה אחד. π+ ו-π- 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, π0, הוא האנטי-חלקיק של עצמו.

הפאיונים הטעונים, π±, 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:[1]

π+W+μ+ + νμ
π-W-μ- + νμ

הפאיון הנייטרלי, π0, 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-π0 דועך דרך הכוח האלקטרומגנטי, שהוא חזק בהרבה מהכוח החלש. בכ-98.82% מהמקרים, π0 דועך לשני פוטונים:[1]

π0 → 2 γ

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 עריכה

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 עריכה

קישורים חיצוניים עריכה

  מדיה וקבצים בנושא פאיון בוויקישיתוף

הערות שוליים עריכה

  1. ^ 1 2 C. Patrignani et al. (Particle Data Group) (2016) and 2017 update: Particle listings – Light Unflavored Mesons