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Pion


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Pionen sind die leichtesten der als Mesonen bezeichneten Elementarteilchen und werden auch π-Mesonen genannt. Es ein neutrales Pion π 0 und zwei geladene Pionen π + und sein Antiteilchen π - . Alle Pionen sind instabil und zerfallen.

Pionen sind die einzigen Mesonen die aus den beiden leichtesten Quarks dem u-Quark und dem d-Quark bestehen.

Das π + ist eine u d -Kombination sein Antiteilchen das π - eine d u -Kombination (Antiquarks sind unterstrichen dargestellt). Es hat Ruhemasse von 139 6 MeV/c 2 bei einer Lebensdauer von 2 6 10 -8 s.

Das π 0 ist ein quantenmechanischer Überlagerungszustand einer u u - und einer d d -Kombination. Seine Ruhemasse ist mit 135 0 2 geringfügig kleiner hat aber eine deutlich Lebensdauer von nur 0 83 × 10 -16 s.

Aufgrund dieser Zusammensetzungen sieht man dass Bosonen sind. Weiterhin besitzen Pionen eine negative Parität .

Die unterschiedlichen Lebensdauern sind in der Zerfallsprozessen begründet: Das (negativ) geladene Pion zerfällt die (langsame) Schwache Wechselwirkung in ein Myon und ein Antimyonneutrino (das positive geladene Pion in ein und ein Myonneutrino).

Dagegen findet der Zerfall des neutralen mittels der (schnellen) elektromagnetischen Wechselwirkung statt. Endprodukte sind hier ein Elektron und ein Positron . Eine weiterer beobachteter Zerfall des <math>\pi^0</math> der zwei Photon Zerfall <math>\pi^0\rightarrow\gamma\gamma</math>. Dieser Zerfall nur durch quantenfeldtheoretische Anomalien erklärt werden. Der Erfolg dieser Theorie vorallem dadurch begründet.

Wenn man die Masse dieser 2-Quark mit denen von Proton oder Neutron (3-Quark Systeme) vergleicht fällt auf dass Proton nicht 50% schwerer ist wie man erwarten würde wenn man die Masse als der Quark-Bestandteile aufaddieren könnte. Vielmehr ist die gut 6 mal so groß wie die Dieses ist ein Beispiel dafür dass (dynamische) hier im Falle des Protons nach Außen Masse sichtbar wird.

Atomkernbeschreibung

Heute ist bekannt dass die Starke Wechselwirkung die Bindung der Nukleonen im Atomkern Nach der derzeit als korrekt betrachteten Theorie Quantenchromodynamik findet die Wechselwirkung durch Gluonen statt. Allerdings kann man eine so Effektive Theorie zur Atomkernwechselwirkung formulieren (Sigma-modell) in der Pionen die Rolle der Wechselwirkungsträger übernehmen. Diese von Hideki Yukawa vorgeschlagene Theorie ist zwar nur innerhalb begrenzten Energiebereiches gültig erlaubt darin aber einfachere und anschaulichere Darstellungen. Beispielsweise kann man die den Pionen vermittelten Kernkräfte durch das Yukawapotential darstellen.

Die Wechselwirkung findet statt indem etwa geladenes Pion zwischen Proton und Neutron ausgetauscht und diese dabei ineinander umwandelt.



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