Pione

In fisica, pione è la forma abbreviata del nome mesone Pi; questa particella subatomica esiste in tre forme: pi-zero (π⁰), pi-più (π⁺) e pi-meno (π^-). I mesoni Pi sono i più leggeri tra i mesoni.

I mesoni Pi hanno spin pari a zero e sono composti di quark di prima generazione. Un quark up e un quark anti-down formano un π⁺, un down e un anti-up formano un π^-, 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 se stesso.

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 π⁺ (e il π^-) decade in un μ⁺ e in un antineutrino muonico, secondo la reazione:

π⁺ → μ⁺ + ν_μ

con una vita media di 16 · 10^-9 secondi e una massa di circa 140 MeV/c². Il π⁰, invece, decade preferenzialmente in due fotoni, con una vita media di 84 · 10^-18 secondi ed una massa di circa 135 MeV/c².

Previsione teorica della sua massa

Nel 1935 Yukawa ipotizzò l'esistenza del pione sulla base di un semplice ragionamento: l'interazione elettromagnetica, dovuta ad uno scambio di fotoni, è a lungo raggio, mentre l'interazione nucleare ha un raggio d'azione limitato (circa 1,3 fm). Il fisico giapponese si chiese, quindi, come si propagasse l'interazione e quale fosse la particella che la trasportasse (se aveva massa o meno come il fotone).

Ora, la lunghezza d'onda Compton del protone fornisce una sorta di raggio del protone:

e allo stesso modo si potrebbe fare la stessa cosa per la mediatrice dell'interazione nucleare:

A questa stima si arriva anche passando per il principio di indeterminazione di Heisenberg. Esso, infatti, recita:

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

si ottiene la relazione di sopra, dove r₀ è il raggio del nucleo.

Sostituendo si ottiene una massa dell'ordine dei 140 MeV, compatibile con i dati sperimentali.

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

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See also: Pione, 1935, Antiparticella, Costante di Planck, Due, Effetto Compton, Energia, Fermi, Fisica