Pione

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Pione
Composizione 1 up, 1 anti down π+

1 anti up, 1 down π-

Famiglia Bosoni
Interazione Gravità, Elettromagnetica, Forte
Simbolo π-, π0, π+
Massa 139,6 MeV/c2[1]
Prodotti di decadimento muone, neutrino muonico
Carica elettrica 1, 0, -1 e
Spin 0

In fisica delle particelle pione è il nome abbreviato del mesone Pi.

I mesoni Pi sono i mesoni più leggeri ed esistono in tre forme: pi-zero (π0), pi-più (π+) e pi-meno (π-). .

Proprietà[modifica | modifica sorgente]

I mesoni Pi hanno spin pari a zero (come tutti i mesoni sono bosoni) e sono composti di quark di prima generazione. Un quark up e un quark anti-down formano un π+ (u\bar{d}), un down e un anti-up formano un π- (\bar{u}d), la sua antiparticella. Combinazioni di up e anti-up, o down e anti-down, sono entrambe neutre, ma poiché hanno gli stessi numeri quantici si trovano solo in una combinazione di stati. La combinazione con minore energia è il π0, che è antiparticella di sé stesso[2] ed è formato da una combinazione neutra di quark up e down. Insieme, i pioni formano un tripletto di isospin; ogni pione ha isospin 1 (I = 1) e la terza componente dell'isospin è uguale alla carica (Iz = +1, 0 o −1).

I π+ e i π- possono combinarsi per formare un atomo esotico chiamato pionio, se vengono creati l'uno vicino all'altro con un basso momento relativo.

Il mesone \pi^\pm ha una massa di 139,6 MeV/c2[3] e una vita media di 2,6×10−8 secondi. Il mesone \pi^0 ha massa 135,0 MeV/c2 e una vita media di 8,4×10−17 secondi.

Decadimento[modifica | modifica sorgente]

Diagramma di Feynman del decadimento pionico principale.

Il decadimento principale (probabilità 99,9877%) per il pione carico ha come prodotti un muone e il suo neutrino

\pi^+\to\mu^++\nu_\mu,~~~\pi^-\to\mu^-+\bar{\nu}_\mu.

Il secondo tipo di decadimento (0,0123%) è in elettrone e il suo neutrino:

\pi^+\to e^++\nu_e,~~~\pi^-\to e^-+\bar{\nu}_e.

Il decadimento principale per il pione neutro (98,798%) è in due fotoni:

\pi^0\to2\gamma.

Il secondo decadimento più importante (1,198%) è chiamato decadimento Dalitz in un fotone e una coppia elettrone positrone:

\pi^0\to\gamma +e^+ +e^-.

Previsione teorica della sua massa[modifica | modifica sorgente]

Nel 1935 Yukawa ipotizzò l'esistenza del pione sulla base di un semplice ragionamento: l'interazione elettromagnetica, dovuta ad uno scambio di fotoni privi di massa, è a lungo raggio, mentre l'interazione nucleare avendo un raggio d'azione limitato (circa 1,3 fm) deve avere una particella mediatrice dotata di massa. Il fisico giapponese cercò quindi di prevederne la misura.

Ora, la lunghezza d'onda di de Broglie per esempio per il protone corrisponde al suo raggio classico:

\frac{\hbar}{m_p c_0} = 0,2 fm

si potrebbe quindi pensare che la mediatrice dell'interazione nucleare debba avere raggio corrispondente al raggio nucleare:

\frac{\hbar}{m_\pi c_0} = 1,3 fm

Si prevede quindi una massa dell'ordine dei 140 MeV, compatibile con i dati sperimentali.

A questa stima si arriva anche passando per il principio di indeterminazione di Heisenberg, nella forma:

\Delta E \Delta t \ge \frac{\hbar}{2}

Niente, però, vieta ad una particella che ha energia e tempo caratteristici di essere prossimi all'azione elementare, per cui, detti:

\Delta E = m_\pi c^2
\Delta t = \frac {1.3 fm}{c}

si ottiene la relazione di cui sopra.

Il corrispondente potenziale, detto potenziale di Yukawa, è della forma:

A \operatorname \frac {e^{-\frac {r}{1.3 fm}}} {r}

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ (EN) C. Amsler et al. (Particle Data Group), PDGLive Particle Summary, Particle Data Group, 2009. URL consultato il 23 luglio 2009.
  2. ^ Eugene Hecht, Physique, De Boeck, 1998 (ISBN 978-2744500183), p. 1218
  3. ^ (EN) S. Eidelman et al, Light unflavored mesons.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Review of Particle Physics - W-M Yao et al 2006 J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 33 1-1232 doi:10.1088/0954-3899/33/1/001
  • J. Steinberger, W. K. H. Panofsky and J. Steller (1950). Evidence for the production of neutral mesons by photons. Physical Review 78: 802. doi:10.1103/PhysRev.78.802.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

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