Pion | en subatomar partikel bestående af en kvark og en antikvark
En pion eller π-meson er en meson, som er en subatomar partikel, der består af en kvark og en antikvark.
Der er seks typer kvark (kaldet varianter), men kun to varianter kan forenes til en pion. Disse smagsvarianter kaldes op og ned. Kvarker har ladning, så to kvarker af samme smag (begge op- eller nedadgående) danner en neutral pion. Men når de to kvarker har forskellige smagsvarianter (op- og nedadgående), vil pionerne have en ladning. Denne ladning er positiv, når en up-kvark danner par med en down-anti-kvark. Den er negativ, når en down-kvark danner par med en up-anti-kvark.
Pioner eksisterer ikke i lang tid. (I gennemsnit eksisterer ladede pioner i omkring 26 nanosekunder; neutrale pioner eksisterer kun en lille brøkdel af dette). Pioner er vigtige for vores liv, fordi de er en af de måder, hvorpå den stærke krafts vekselvirkning kan finde sted mellem nukleoner som protoner og neutroner i almindeligt stof. Disse vekselvirkninger holder kernen sammen.
Pioner er de letteste hadroner (partikler, der består af kvarker), og pioner med positiv eller negativ ladning er de mesoner med den længste gennemsnitlige levetid (den gennemsnitlige tid, der går, før de henfalder til leptoner).
En up-kvark (u) og en down anti-kvark er en kombination for at danne en pion
Tre typer af pioner
De tre typer pioner har det græske bogstav pi i deres symboler:
π+ for den positivt ladede pion
π– for den negativt ladede pion, og
π0 for den neutrale pion.
(Overskriften) ,+– eller0 henviser blot til pionens (elektromagnetiske) ladning.
Opadgående kvarker har en ladning på +2 ⁄3 og nedadgående antikvarker har en ladning på +1 ⁄3 , så π+ har en ladning på +1 (som en proton).
Antipartikler har en ladning modsat deres partikler, så opadgående antiquarks har en ladning på -2 ⁄3 og nedadgående quarks har en ladning på -1 ⁄3 . Det betyder, at π− har en ladning på -1 (ligesom en elektron).
Fordi π0 parrer kvarker af samme smag med deres antikvarker, efterlader både op-kvarken (+2 ⁄3 ) parret med op-anti-kvark (-2 ⁄3 ) og ned-kvark (+1 ⁄3 ) parret med ned-anti-kvark (-1 ⁄3 ) den med nul ladning (som en neutron).
Kvarker og antikvarker har også en anden form for ladning kaldet farve, som ikke har noget at gøre med elektromagnetisk ladning. Dette kommer fra den stærke vekselvirkning, der holder kvarkerne sammen. Som i alle mesoner skal farveladningerne i en pion være lige store og modsatrettede: blå med antiblå, grøn med anti-grøn eller rød med anti-rød. Effekten af disse farve-anticolor-parringer er, at pionens farveladning er farveløs (ligesom en neutron er neutral). På de mindste afstande, typisk inden for en atomkerne, forbliver en lille effekt af farveladningen tilbage og virker som den kernekraft, der holder kernen sammen. Inden for kernen udveksles virtuelle pioner (og andre virtuelle mesoner) mellem nukleoner (protoner og neutroner), hvilket trækker dem sammen.
Antikvarker er antimaterie, så de vil annihilere en kvark af samme smag, som er tæt nok på. Det betyder, at kvarken og antikvarken vil omdanne hinanden til energi.
Kraftbærere
Kraftbærere er partikler, der er ansvarlige for virkningen af kræfter, som f.eks. elektromagnetisme. Ligesom fotoner er ansvarlige for den elektromagnetiske kraft, er mesoner ansvarlige for nogle af de lavere energi- (rest-)vekselvirkninger mellem nukleoner, der opstår mellem nukleoner. (Den stærke kraft kaldes også for kernekraft eller den resterende stærke kraft, når den virker mellem nukleoner). På et endnu mindre niveau er gluoner ansvarlige for vekselvirkningerne i den stærke kraft mellem kvarker.
Pion henfald
Ved henfald af ladede pioner opstår der altid leptoner, som f.eks. elektroner.
π+ henfalder næsten altid til en myon og en myon antineutrino.
π– henfalder næsten altid til en antimuon og en myonneutrino.
En neutral pion, π0 , vil normalt henfalde til to højt energimæssige fotoner.
Andre former for pion-henfald
Der er dog en vis sandsynlighed (fra <0,1 % til 1,2 %) forbundet med henfaldet af nogle pioner, da de også kan henfalde i forskellige former. For π+ er det næstmest sandsynlige henfaldsprodukt en positron (en anti-elektron) og en elektronneutrino. π– vil undertiden henfalde til en elektron og en elektronantineutrino. π0 vil undertiden henfalde til en højt energiseret foton, en elektron og en positron. (Husk på, at positroner og elektroner kan annihilere hinanden, og denne annihilation producerer højt energirige fotoner).
Nedbrydning på grund af den svage kraft
Da pionernes henfald skyldes den svage kraft, indføres endnu en kraftbærer. Under henfaldet skabes en W+ boson, som varer i 3x10−25 sekunder. Efter denne utroligt korte tid vil W+ bosonen henfalde til de leptoner, som pionerne naturligt ville henfalde til. Det er dog vigtigt at skelne mellem disse to, da de omfatter den svage kraft.
| Partikler i fysik | |||||||||||||
| |||||||||||||
| Komposit |
| ||||||||||||
| |||||||||||||
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er en pion?
A: En pion er en meson, som er en subatomar partikel bestående af en kvark og en antikvark.
Spørgsmål: Hvor mange typer kvarker er der?
Svar: Der findes seks typer kvarker (kaldet flavours).
Sp: Hvilke to flavours går sammen for at danne en pion?
Svar: De to varianter, der går sammen for at danne en pion, kaldes up og down.
Sp: Afhænger pionens ladning af den type kvarker, den indeholder?
A: Ja, pionens ladning afhænger af den type kvarker, den indeholder. Når to kvarker har forskellig smag (op og ned), har pionen en ladning. Denne ladning er positiv, når en op-kvark danner par med en ned-anti-kvark, og negativ, når en ned-kvark danner par med en op-anti-kvark.
Spørgsmål: Hvor længe eksisterer ladede pioner?
Svar: Læssede pioner eksisterer i gennemsnit i omkring 26 nanosekunder. Neutrale pioner eksisterer kun i en lille brøkdel af denne tid.
Spørgsmål: Hvorfor er pioner vigtige for vores liv?
A: Pioner er vigtige for vores liv, fordi de er en af de måder, hvorpå den stærke krafts vekselvirkninger kan finde sted mellem nukleoner som protoner og neutroner i almindeligt stof, som holder kernen sammen.
Spørgsmål: Hvad gør ladede eller neutrale mesoner til de mesoner med længste gennemsnitlige levetid?
Svar: De ladede eller neutrale mesoner med længste middellevetid er dem, der består af positivt eller negativt ladede partikler kaldet hadroner (partikler, der består af kvarker).
