Ядерные превращения

Пионы принадлежат к классу частиц, называемых мезонами, т.е. частиц с целым спином, состоящих из кварков и имеющих целый спин и не имеющих барионного заряда. Мезоны состоят из кварка и антикварка. На сегодняшний день известны только связанные состояния одной кварк-антикварковой пары — и представителями таких состояний являются три пи-мезона

. Обычно эти три частицы объединяют в триплет, поскольку по отношению к сильному взаимодействию они ведут себя одинаково. Различаются только свойства этих частиц по отношению к слабому и электромагнитному взаимодействию, что объясняет небольшую разницу в массах пионов:

. Таким образом, пионы примерно в семь раз легче нуклонов (протона и нейтрона). Заряженные пионы являются античастицами друг по отношению к другу, а нейтральный пион тождественен своей античастице. Спи любого пиона равен 0. Пион был еще одной частицей, существование которой было предсказано до ее открытия. Существование таких частиц следовало из теории ядерных сил японского физика-теоретика Хидеки Юкавы (1907–1981), которую он предложил в 1935 году. В этой теории предполагалось, что сильное ядерное взаимодействие (которое, например, сцепляет нуклоны внутри ядра) обусловлено обменом некоторыми частицами, которые Юкава назвал мезотронами (впоследствии они были названы мезонами). Диаграммы, описывающие взаимодействие протона и нейтронав теории Юкавы, изображены ниже.

 Рис.1 Если нейтрон и протон обмениваются нейтральным пионом, они при ‘том не изменяются. Нейтрон испускает отрицательный пион и прекращается в протон. Протон испускает положительный пион, превращаясь в нейтрон. Два протона (как и два нейтрона) могут взаимодействовать только через нейтральный пион (третья диаграмма), т.к. его испускание не влечет за собой изменения электрического заряда.