Pion
Pions (üblicherweise zu π abgekürzt) sind eine Art von Mesonen, das sind subatomare Teilchen, die aus einer Kombination von Quarks und Antiquarks bestehen. Da es sich bei Antiquarks um Antimaterie handelt, vernichten sie denselben Typ (bekannt als Aroma) von Quarks, wenn sie sich ihm nähern. Diese Reaktion ist jedoch nicht augenblicklich, so dass Pions, wie alle Mesonen, für eine kurze Zeit existieren können. Was Pions von anderen Mesonen unterscheidet, ist, dass sie aus einem up-Quark und einem down-Quark bestehen, von denen jedes das Antiteilchen sein kann. Pionen sind in der Wissenschaft von Bedeutung, weil man annimmt, dass sie für die starken Kraftwechselwirkungen zwischen Nukleonen (Protonen oder Neutronen) verantwortlich sind.
Ein up-Quark (u) und ein down-Antiquark sind eine Kombination zur Herstellung eines Pions
Drei Arten von Pions
Es gibt drei Arten von Pions: π+, π- und π0. Das +, -, oder 0 über π bezieht sich einfach auf die Ladung des Pions. π+ bestehen aus einem up-Quark und einem down-Antiquark. π- bestehen aus einem down-Quark und einem up-Antiquark. Da Antiteilchen die entgegengesetzte Ladung haben, ist π+ positiv, denn ein up-Quark hat eine Ladung von +2/3, und ein down-Antiquark (normale down-Quarks haben eine Ladung von -1/3) hat eine Ladung von +1/3. Die umgekehrte Aussage gilt für π-. π0 kann mit einem up-Quark und einem up-Antiquark oder einem down-Quark und einem down-Antiquark gebildet werden.
Truppentransporter
Kraftträger sind Teilchen, die für Kräfte, wie den Elektromagnetismus, verantwortlich sind. Da man glaubt, dass Photonen für die elektromagnetische Kraft verantwortlich sind, glaubt man, dass Mesonen für einige der niederenergetischen starken Kraftwechselwirkungen verantwortlich sind, die zwischen Nukleonen auftreten. (Starke Kraft ist auch als Kernkraft bekannt). Auf einer noch kleineren Ebene wird angenommen, dass Gluonen für die Starke-Kraft-Wechselwirkungen zwischen Quarks verantwortlich sind. Da sie jedoch aus den leichtesten Quarks (oben und unten) bestehen, sind Pionen die leichtesten Mesonen. Das bedeutet, dass sie (mit Ausnahme von π0) auch zu den langlebigsten Mesonen gehören. Wie alle Mesonen werden sie jedoch irgendwann zerfallen oder zusammenbrechen.
Pion-Zerfall
Der Pion-Zerfall wird immer Leptonen erzeugen, wie Elektronen. π+ zerfällt normalerweise in ein Myon und ein Myon-Neutrino. π- zerfällt in der Regel in ein Antimuon und ein Myon-Antineutrino. Neutrale Pionen-π0- zerfallen normalerweise in zwei hochangeregte Photonen.
Andere Formen des Pion-Zerfalls
Es besteht jedoch eine gewisse Wahrscheinlichkeit (von <.1% bis 1.2%), dass einige Pionen zerfallen, da sie auch in verschiedene Formen zerfallen können. Für π+ ist das zweitwahrscheinlichste Zerfallsprodukt ein Positron (ein Anti-Elektron) und ein Elektronenneutrino. π- zerfällt manchmal in ein Elektron und ein Elektron-Antineutrino. π0 zerfällt manchmal in ein hocherregtes Photon, ein Elektron und ein Positron. (Denken Sie daran, dass Positronen und Elektronen sich gegenseitig auslöschen können, und diese Auslöschung erzeugt ein hoch energetisiertes Photon).
Zerfall durch schwache Kraft
Da der Zerfall von Pionen auf schwache Kraft zurückzuführen ist, wird ein weiterer Kraftträger eingeführt. Während des Zerfalls entsteht ein W+-Boson, das 3x10-25 Sekunden anhält. Nach dieser unglaublich kurzen Zeit zerfällt das W+-Boson in die Leptonen, in die das Pion natürlich zerfallen würde. Es ist jedoch wichtig, diese Unterscheidung zu treffen, da sie schwache Kraft einschließt.
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Fragen und Antworten
F: Was ist ein Pion?
A: Ein Pion ist ein Meson, ein subatomares Teilchen, das aus einem Quark und einem Antiquark besteht.
F: Wie viele Arten von Quarks gibt es?
A: Es gibt sechs Arten von Quarks (Flavours genannt).
F: Welche zwei Flavours bilden zusammen ein Pion?
A: Die beiden Flavours, die zusammen ein Pion ergeben, werden up und down genannt.
F: Hängt die Ladung des Pions von der Art der Quarks ab, die es enthält?
A: Ja, die Ladung des Pions hängt von der Art der Quarks ab, die es enthält. Wenn zwei Quarks unterschiedliche Flavours haben (up und down), hat das Pion eine Ladung. Diese Ladung ist positiv, wenn ein Up-Quark mit einem Down-Antiquark paart, und negativ, wenn ein Down-Quark mit einem Up-Antiquark paart.
F: Wie lange existieren geladene Pionen?
A: Geladene Pionen existieren im Durchschnitt etwa 26 Nanosekunden lang. Neutrale Pionen existieren nur für einen winzigen Bruchteil dieser Zeit.
F: Warum sind Pionen für unser Leben von Bedeutung?
A: Pionen sind für unser Leben von Bedeutung, weil sie eine der Möglichkeiten für die Wechselwirkungen der starken Kraft zwischen Nukleonen wie Protonen und Neutronen in gewöhnlicher Materie darstellen, die den Kern zusammenhalten.
F: Was macht geladene oder neutrale Mesonen mit der längsten mittleren Lebensdauer aus?
A: Geladene oder neutrale Mesonen mit der längsten mittleren Lebensdauer bestehen aus positiv oder negativ geladenen Teilchen, die Hadronen genannt werden (Teilchen, die aus Quarks bestehen).
