פאיון

פאיון (Pion), או מזון פאי, בפיזיקה, הוא שם כללי לשלושה חלקיקים תת-אטומיים שנתגלו בשנת 1947: π⁺, π⁰ ו-^-π. פאיונים הם המזונים הקלים ביותר ובאופן כללי, ההאדרונים הקלים ביותר. לצד שני סוגים נוספים של מזונים, פאיונים הם הבוזונים הנושאים את הכוח הגרעיני, שהוא הכוח המחבר בין הנוקליאונים בגרעין האטום.

תכונות בסיסיות

לפאיונים יש ספין 0 והם מורכבים מקווארקי דור ראשון. קווארק למעלה אחד ואנטי-קווארק למטה אחד מרכיבים את ה-⁺π, בעוד שקווארקי למטה ואנטי-למעלה מרכיבים את ה-^-π, האנטי-חלקיק שלו. הרכבים של למעלה ואנטי-למעלה, או למטה ואנטי-למטה, יהיו שניהם נייטרלים אך מכיוון שיש להם את אותו מספר קוונטי הם יימצאו רק בסופרפוזיציה. אנרגיית הסופרפוזיציה הנמוכה ביותר היא π⁰, שהוא גם האנטי-חלקיק של עצמו.

למזוני ^±π מסת 140 MeV/c² וזמן מחצית חיים של ‎2.6×10^-8‎ שניות. ההתפרקות בדרך-כלל היא למיואון ונייטרינו:

${\displaystyle \pi ^{+}\to \mu ^{+}+\nu _{\mu }}$

${\displaystyle \pi ^{-}\to \mu ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mu }}$

ל-π⁰ יש מסה קטנה קצת יותר, כ-MeV/c² 135 וזמן חיים הרבה יותר קצר, כ-‎8.4×10^-17‎ שניות. ההתפרקות היא בדרך-כלל לשני פוטונים:

${\displaystyle \pi ^{0}\to 2\gamma }$

היסטוריה

לאחר שעבודה תאורטית של הידקי יוקאווה בשנת 1935 צפתה את קיומם של מזונים בתור נשאי הכוח הגרעיני, פאיונים נתגלו בניסוי בשנת 1947 בידי קבוצה שנוהלה על ידי ססיל פאוול. עידן מאיצי החלקיקים טרם הופיע באותם ימים. במקום זאת, הקבוצה שלחה לגובה רב תמיסות צילום, על-גבי בלון ניסוי, שם היא נחשפה לקרינות קוסמיות. אחרי השבת הבלון לקרקע, בחינה מיקרוסקופית של התמיסה חשפה מסלולי חלקיקים טעונים, בהם נתגלה הפאיון. ההצלחה הזו זיכתה את יוקאווה בשנת 1949 ואת פאוול בשנת 1950 בפרס נובל לפיזיקה.

ראו גם

• מיון החלקיקים
• תורת יוקאווה