بيون

في فيزياء الجسيمات، البيون (اختصار بي ميزون pi meson ويعطي الرمز π ، عن اللغة اليونانية) هوأيا من ثلاثة جسيمات دون ذرية هي π+ ،π- ،π0. الثلاثة جسيمات من البيون تحمل أحدهم شحنة أولية موجبة والثاني يحمل شحنة كهربية أولية سالبة وأما الثالث فهومتعادل كهربائيا ويرمز له بالرمز π0.

تلك الثلاثة جسيمات من البيون ليست مستقرة وتتحلل سريعا. أكتشفت البيونات والميزونات فيالأشعة الكونية التي تهبط على الأرض من السماء، خلال الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي.

البيونات هي أخف الميزونات وتلعب دورا هاما في فهم الخواص منخفضة الطاقة للتاثر القوي.

تحلل البيونات

يوصف تحلل أواضمحلال البيونات بأن عمر النصف لها مختلف وقصير جدا. فالبيونين المشحونين يتحلل جميع منهما بنسبة 99,98770 % عن طريق التآثر الضعيف إلى ميون ونيوترينوميوني طبقا للمعادلتين :

{\displaystyle \,\pi ^{+ \to \mu ^{+ +\nu _{\mu

{\displaystyle \,\pi ^{- \to \mu ^{- +{\overline {\nu _{\mu

(هذا التحلل يشابه تحلل بيتا)

السبب في عدم تحللهما عن طريق إنتاج إلكترون وما ينتمي إليه من نيوترينوالإلكترون يعود إلى خاصية الحلزونية في فيزياء الجسيمات ؛ ذلك على الرغم من حتى التحلل عن طريق تحلل بيتا (التحول إلى إلكترون) أنسب لهما من وجهة اقتصاد الطاقة .

في المعادلتين السابقتين يتحلل جميع من البيونين المشحونين إلى ميون يماثله في شحنته بالإضافة إلى نيوترينوميوني.

أما البيون المتعادل فهويتحلل بواسطة اطلاق فوتون من أشعة جاما شديد، وهذا يتم بطريقة أسرع . وكما حوالحال مع الحالتين الأخرتينقد يكون ناتج التحلل جسيمان دائما ؛ تتوزع بينهما طاقة التحلل بدرجات مختلفة .

{\displaystyle \pi ^{0 \to 2\gamma

هذا الطريق للتحلل يتم بنسبة 98,823 % من الحالات، واما نحو1% من حالات التحلل تتم بطريق التحلل إلى بوزيترون e⁺ وإلكترون e⁻ وفوتون، طبقا للمعادلة التالية:

{\displaystyle \pi ^{0 \to e^{+ +e^{- +\gamma

احتمال هذا التحلل هوبالضبط بنسبة 1,174 %.

ونظرا لقصر العمر الشديد لهذا التحلل، حيث يتم خلال 8,5 · 10⁻¹⁷ ثانية فيمكن الكشف عن تحلل البيون المتعادل بطريقة قياس التزامن.

اكتشاف البيونات

إصطدام جسيم أولي (بروتون) من الأشعة الكونية بالطبقات العليا من جوالأرض وتكون سيل من الجسيمات (من ضمنها الميون والبيون) وأشعة غاما عند اصطدامه بجزيئات الهواء.

كان اكتشاف البيون نظريا في عام 1934/1935 كجسيم يشهجر في التآثر في الأنوية الذرية بواسطة طريق العالم الفيزيائي هيديكي يوكاوا في اليابان حيث تنبأ بوجوده. , وحصل على هذا الاكتشاف على جائزة نوبل للفيزياء في عام 1949. وتم اكتشاف أول "ميزون" اعتبره يوكاوا وسمي بعد ذلك ميوون عمليا بواسطة كارل أندرسن وسيث ندرماير في عام 1936 حيث وجداه في الأشعة الكونية التي تسقط على الأرض ؛( كانت تسمية "ميزون " تستخدم في تلك الآونة لتسمية أي جسيم أثقل من الإلكترون ولكن أقل كتلة من البروتون فحدثة ميزون باليونانية معناه "متوسط"). ثم اقترح جميع من "تانيكاوا" و"سيسيل باول" في عام 1942 وآخرين تسمية "بيون" . واكتشفه شويشي ساكاتا في اليابان في اليابان في عام 1942 . كما اكتشفوه سيسيل بويل و" سيزار لاتيس" وغيرهما في مختبر أبحاث الفيزياء في بريستول في عام 1947 في الأشعة الكونية إلى جانب ميون البيون. وبدأ الفهماء في دراسة خواص تلك الجسيمات التي تبلغ كتلتها في الوسط بين كتلة الإلكترون وكتلة البروتون. . حصل بويل على جائزة نوبل للفيزياء عن هذا الاكتشاف في عام 1950. ولكن كان البيون السالب الشحنة ${\displaystyle \pi ^{-$ كما عهد بعد ذلك كان قد اكتشف في عام 1947 من العالم دونالد بيركنز في الأشعة الكونية ، ثم تم إنتاج البيونات المتنوعة في معجلات الجسيمات في عام 1948 ويرجع الفضل في ذلك إلى العالم لاتيس.

كتلة البيون

نظرا لأن البيونات تتحلل سريعا جدا يفضل الفهماء التعبير عن كتلتها ليس بالجرام وإنما بالطاقة التي تمتلكها، حيث الكتلة والطاقة وجهين لشيء واحد، وهذا ما عبرت عنه النظرية النسبية في تكافؤ المادة والطاقة.

بناء على ذلك، تبلغ كتلة البيون
π^±
:

كتلة البيون السالب أوالموجب الشحنة = : 139.57018 إلكترون فولت/

وكتلة البيون المتعادل
π⁰
:

134.9766 إلكترون فولت/c²

مراجع

^ Mesonsat Hyperphysics نسخة محفوظة 05 يوليو2017 على مسقط واي باك مشين.
^ von Essen, C. F.; Bagshaw, M. A.; Bush, S. E.; Smith, A. R.; Kligerman, M. M. (1987). "Long-term results of pion therapy at Los Alamos". International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics. 13 (9): 1389–98. doi:10.1016/0360-3016(87)90235-5. PMID 3114189.
^ R. Bjorklund; W. E. Crandall; B. J. Moyer; H. F. York (1950). "High Energy Photons from Proton-Nucleon Collisions". فيزيكال ريفيو. 77 (2): 213–218. Bibcode:1950PhRv...77..213B. doi:10.1103/PhysRev.77.213.
^ Yukawa: On the interaction of elementary particles I. In: Proceedings of the Physico-Mathematical Society of Japan. 3. Serie, Band 17, 1935, S. 48–57.
↑ C. M. G. Lattes, H. Muirhead, G. P. S. Occhialini, C. F. Powell: Processes involving charged mesons. In: Nature. 159 (1947) 694–697.
^ C. M. G. Lattes, G. P. S. Occhialini, C. F. Powell: A determination of the ratio of the masses of pi-meson and mu-meson by the method of grain-counting. In: Proceedings of the Physical Society. 61 (1948) S. 173–183.