Pion | субатомна частица, съставена от един кварк и един антикварк

Три вида пиони

Трите вида пион имат в символите си гръцката буква пи:

π⁺ за положително заредения пион

π^– за отрицателно заредения пион, и

π⁰ за неутралния пион.

(Надписът) ,^+– или⁰ просто се отнася до (електромагнитния) заряд на пиона.

Възходящите кварки имат заряд +² ⁄₃ , а низходящите антикварки - +¹ ⁄₃ , така че π⁺ има заряд +1 (като протона).

Античастиците имат заряд, обратен на този на техните частици, така че възходящите антикварки имат заряд -² ⁄₃ , а низходящите кварки -¹ ⁄₃ . Това означава, че π⁻ има заряд -1 (като електрона).

Тъй като π⁰ сдвоява кварки от един и същи аромат с техните антикварки, както възходящият кварк (+² ⁄₃ ), сдвоен с възходящ антикварк (-² ⁄₃ ), така и низходящият кварк (+¹ ⁄₃ ), сдвоен с низходящ антикварк (-¹ ⁄₃ ), го напускат с нулев заряд (като неутрон).

Кварките и антикварките имат и друг вид заряд, наречен цвят, който не е свързан с електромагнитния заряд. Той се дължи на силното взаимодействие, което държи кварките заедно. Както при всички мезони, цветните заряди в пиона трябва да са равни и противоположни: син с антисин, зелен с антизелен или червен с античервен. Ефектът от тези двойки цвят-антицвят е, че цветният заряд на пиона е безцветен (както неутронът е неутрален). На най-малките разстояния, обикновено в рамките на атомното ядро, остава малък ефект от цветния заряд и той действа като ядрена сила, която държи ядрото заедно. Следователно в ядрото виртуалните пиони (и други виртуални мезони) се обменят между нуклоните (протони и неутрони), като ги привличат заедно.

Антикварките са антиматерия, така че те ще анихилират кварк със същия аромат, който е достатъчно близо до тях. Това означава, че кваркът и антикваркът ще се превърнат един в друг в енергия.

Носители на сили

Носителите на сили са частици, които са отговорни за действието на силите, като например електромагнетизма. Точно както фотоните отговарят за електромагнитната сила, така и мезоните отговарят за някои от по-нискоенергийните (остатъчни) взаимодействия на силната сила, които възникват между нуклоните. (Силната сила е известна също като ядрена сила или остатъчна силна сила, когато действието ѝ е между нуклони). На още по-ниско ниво глюоните са отговорни за взаимодействията на силната сила между кварките.

Разпад на пиона

При разпадането на заредените пиони винаги се образуват лептони, например електрони.

π⁺ почти винаги се разпада на един мюон и едно мюонно антинеутрино.

π^– почти винаги се разпада на едно антимуонно и едно мюонно неутрино.

Неутрален пион, π⁰ , обикновено се разпада на два високо енергийни фотона.

Други форми на разпад на пион

Въпреки това съществува известна вероятност (от <0,1 % до 1,2 %), свързана с разпадането на някои пиони, тъй като те също могат да се разпадат в различни форми. За π⁺ , вторият по вероятност продукт на разпада е един позитрон (антиелектрон) и едно електронно неутрино. π^– понякога се разпада на един електрон и едно електронно антинеутрино. π⁰ понякога се разпада на един високоенергиен фотон, един електрон и един позитрон. (Имайте предвид, че позитроните и електроните могат да се анихилират взаимно и при тази анихилация се получават високоенергийни фотони).

Разпад поради слаба сила

Тъй като разпадът на пионите се дължи на слабата сила, се въвежда още един носител на сила. По време на разпада се създава W⁺ бозон, който трае 3х10⁻²⁵ секунди. След този невероятно кратък период от време W⁺ бозонът ще се разпадне на лептони, на които естествено би се разпаднал пионът. Важно е обаче да се направи това разграничение, тъй като то включва слабата сила.