Mezoni: definīcija, uzbūve, veidi un fizikālās īpašības
Mezoni ir subatomāras daļiņas, kas pieder pie hadroniem un kuras sastāv no viena kvarka un viena antikvarka, savienotām spēcīgā mijiedarbībā (kvantu hromodinamikā). Tie ir mazāki par atomiem un to uzvedība nosaka daļu no kodolfizikas procesiem, tāpēc bieži tiek minēti kopā ar citām subatomārajām daļiņām.
Definīcija un nosaukuma izcelsme
Mezons nosaukums cēlies no grieķu vārda mesos, kas nozīmē "vidus" — jo pirmo atklāto mezonu masas bija starp vieglo daļiņu, piemēram, elektronu (pieder pie leptoniem), un smago daļiņu, piemēram, protonu (pieder pie barjoniem). Mezoni parasti ir nestabili un iziruši, bet tie spēlē svarīgu lomu starpkodola mijiedarbībās.
Uzbūve un kvantu īpašības
Mezons sastāv no kvarka un tā atbilstošā antikvarka. Antikvarks ir kvarka antipartikula: tam ir tāda pati masa un spina magnitūda, taču pretēji kvarkam tai var būt pretējas elektriskās un garuma (flavor) kvantu īpašības (piem., pretēja lādiņa vai pretējs garums). Kvarka un antikvarka mijiedarbojas caur spēcīgo spēku, ko starp tiem pārnēsā gluoni.
Svarīgi punkti:
- Mezoni parasti ir bosoni (to kopējais spins ir vesels skaitlis — bieži 0 vai 1), kas nozīmē, ka viņi pakļaujas Bose–Einšteina statistikām.
- Quark–antikvark pāri var izzust (anihilēt) un pārvērsties citās daļiņās vai enerģijā, taču anihilācija nenotiek obligāti "sekundes daļā" — mezonu dzīves ilgumi un iziršanas kanāli ir atkarīgi no to sastāva un pieejamajām mijiedarbībām (stiprā, elektromagnētiskā vai vājas mijiedarbības procesi).
- Top‑kvarks praktiski neizveido mezonus, jo tas ļoti ātri sabrūk pirms hadronizācijas procesa pabeigšanas.
Mezonu veidi
Pastāv daudzi mezonu veidi, kurus klasificē pēc to kvarku sastāva un kvantu skaitļiem:
- Pseido‑skalārie mezoni (piem., pionas) — spin 0, parasti visvieglākie mezoni.
- Vektoru mezoni (piem., rho, omega, J/ψ) — spin 1.
- Strange, charm, bottom mezoni — satur attiecīgi strangos, šarmantus vai bottom (beauty) kvarkus (piem., kaoni, D‑mezoni, B‑mezoni).
- Quarkonia (smagu kvarku un tā antikvarka kopas), piemēram, charmonium (J/ψ) un bottomonium (Υ), kur abas daļiņas ir vienā florā.
Fizikālās īpašības un iziršana
Mezonu masas svārstās ļoti plašā diapazonā — no aptuveni 135 MeV/c² (pionas) līdz dažiem GeV/c² smagākiem mezoniem (B‑mezoni, quarkonia). To dzīves ilgumi var būt ārkārtīgi īsi: stiprās mijiedarbības procesi rada iziršanu ļoti ātri (aptuveni 10−23 s), bet ja mezons izirst vājās mijiedarbībās, dzīve var būt garāka (piem., K‑mezoni).
Mezoni var izzust, radot citus mezonus, leptonus, fotonus vai gumijas (gluonus → hādronizācija), atkarībā no pieejamajiem kanāliem un enerģijas. To dominējošais iziršanas mehānisms (stiprā, elektromagnētiskā vai vāja) nosaka dzīves ilgumu un gala produktus.
Loma fizikā un atklāšana
Mezoni ir svarīgi gan teorētiski, gan eksperimentāli. Teorētiski jēdziens par mezoniem palīdz izprast kvantu hromodinamikas saistības un spēcīgās mijiedarbības dabu; vēsturiski J. Yukawa izmantoja ideju par miedzveida daļiņu (pionu) starpniekošanu, lai skaidrotu kodolu saites (Yukawa potenciāls). Eksperimentāli mezoni tiek ražoti augstas enerģijas sadursmēs (piem., šķērsojot lādiņu vai kollīderos), un to īpašības tiek mērītas ar detektoriem.
Kopsavilkums: mezoni ir kvarku un antikvarku kopas, kas ir hadronu veids, parasti bosoniskas dabas, ar plašu masu un dzīves ilgumu spektru. Tie sniedz svarīgas liecības par spēcīgo mijiedarbību un kodola spēkiem, un tie turpina būt pētījumu objekts gan teorijā, gan eksperimentā.
Mezonu spins
Mezoni ir hadroni, kas vienkārši nozīmē, ka tie sastāv no kvarkiem. Tā kā kvarkiem ir dažādi frakcionālie lādiņi, mezoniem var būt lādiņi. Tomēr kvārku lādiņi var izlīdzināties, veidojot bez lādiņa mezonu. Pārējie hadronu saimes locekļi ir pazīstami kā barjoni, kas sastāv no trim kvarkiem. Tā kā visiem kvarkiem ir 1/2 spina, trīs no tiem nekad nesummēsies līdz veselam spinam. Vesels spins ir vienkārši 0, 1 vai 2. Daļiņas ar veselu spinu sauc par bozoniem, kas atbilst Bosa-Einšteina statistikai. Tas nozīmē, ka vairāk nekā viens bozons vienlaikus var atrasties vienā un tajā pašā telpas punktā. Tomēr mezonu veido viens kvarks un viens antikvarks, kuriem katram nav veselskaitļa spina. Daļiņām, kurām nav veselskaitļa spina, ir 1/2 vai 3/2 spins. Šīs daļiņas ar 1/2 spina sauc par fermijoniem, jo tās atbilst Fermī-Diraka statistikai. Tas nozīmē, ka vienā un tajā pašā laikā vienā un tajā pašā telpas punktā var atrasties ne vairāk kā viens fermions. Visi zināmie barjoni un kvarki (un antikvarki) ir fermioni, bet visi mezoni ir bozoni. Tas var būt ļoti mulsinoši, jo tas nozīmē, ka vienā un tajā pašā laikā vienā un tajā pašā telpas punktā var atrasties vairāk nekā viens mezons, bet kvarki, kas veido mezonus, nevar vienlaikus atrasties vienā un tajā pašā telpas punktā.
Mezonu radīšana
Visbiežāk mezonus dabiskā ceļā mēs atrodam, kosmiskajiem stariem mijiedarbojoties ar matēriju. Šo procesu var atkārtot daļiņu paātrinātājos, kas sadala augstas enerģijas kvarkus un antikvarkus. Tomēr mezoni ir ļoti nestabili un ātri pārvēršas par citām daļiņām. Uzlādēti mezoni var sadalīties elektronos un neitrīnos, bet neuzlādēti mezoni var sadalīties fotonos. Tā kā antimatērija iznīcina matēriju, rodas liels enerģijas daudzums. Enerģija rodas pēc vienādojuma E=mc2 .
| · v · t · e Daļiņas fizikā | |||||||||||||
| |||||||||||||
| Kompozīts |
| ||||||||||||
| |||||||||||||
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir mezoni?
A: Mezoni ir neticami mazas subatomāras daļiņas, kas sastāv no viena kvarka un viena antikvarka.
J: Kas ir antikvārks?
A: Antikvārks ir parastā kvarka antimateriālais ekvivalents.
J: Kā mijiedarbojas kvārku un antikvārku spini?
A: Kvārku un antikvārku spini var savstarpēji izjaukties, tādējādi veidojot daļiņu, kas līdzinās Higsa bozonam.
J: No kurienes cēlies nosaukums "mezons"?
A.: Mezona nosaukums cēlies no grieķu vārda "mesos", kas nozīmē vidus.
J: Kāpēc mezoniem tika dots šāds nosaukums?
A: Mezoniem šādu nosaukumu deva tāpēc, ka pirmo atklāto mezonu masas bija starp vieglo daļiņu, piemēram, elektronu, ko sauc par leptoniem, un smago daļiņu, piemēram, protonu, ko sauc par barjoniem, masām.
J: Kas ir leptoni?
A: Leptoni ir vieglas daļiņas, piemēram, elektroni.
