パイ中間子のソースを表示

{{出典の明記|date=2017年5月}}
'''パイ中間子'''（パイちゅうかんし、π&ndash;meson）は、[[核子]]を結合している力である[[核力]]を媒介するメソンの一種である。'''パイ粒子'''、'''パイオン'''（Pion）とも呼ぶ。

当時[[大阪大学]]の講師であった[[湯川秀樹]]が、その存在を[[中間子論]]で予言した。[[ミュー粒子]]が1936年に初めて発見された当時、ミュー粒子はこの役割を担う粒子であるとされたが後に強い相互作用を行わないことが判明し、1947年に荷電パイ中間子、1950年に中性パイ中間子が発見され、これらが湯川秀樹の予言した粒子であることが明らかとなった。

その線量分布の特性から負電荷のパイオンは[[スイス]]や[[カナダ]]・アメリカで[[悪性腫瘍|がん]]治療に用いられた。

== 基本特性 ==
&pi;中間子は[[スピン角運動量|スピン]]が0で、第一世代の[[クォーク]]からなる。種別は&pi;<sup>0</sup>、&pi;<sup>+</sup>、&pi;<sup>&minus;</sup>の3種類がある。

<!----- 画像が使えないみたい
[[Image:PiPlus-muon-decay.png|right|thumb|300px|&pi;<sup>+</sup>の主崩壊の[[ファインマンダイアグラム]]]]
///--->
&pi;<sup>+</sup>はアップクォークと反ダウンクォークからなり、&pi;<sup>&minus;</sup>はダウンクォークと反アップクォークからなる。この二つは互いに[[粒子]]・[[反粒子]]の関係となっている。&pi;<sup>0</sup>は自分自身が反粒子である。

荷電&pi;中間子の質量は約139&nbsp;MeV/c<sup>2</sup>、寿命が2.6&nbsp;&times;&nbsp;10<sup>&minus;8</sup>&nbsp;秒。
主な[[崩壊モード]]では反[[ミュー粒子]]とミュー[[ニュートリノ]]に崩壊する。
:<chem>\pi^+ -> \mu^++\nu_\mu</chem>
&pi;<sup>0</sup>はわずかに軽く、質量が約135&nbsp;MeV/c<sup>2</sup>で寿命が8.4&nbsp;&times;&nbsp;10<sup>&minus;17</sup>&nbsp;秒である。
主な崩壊モードでは[[光子]]2つに崩壊する。
:<chem>\pi^0 -> 2\gamma</chem>

{| class="wikitable"
! 粒子
! 記号 
! 反粒子 
! [[クォーク]]<br/>組成 
! [[スピン角運動量|スピン]]と<br/>[[パリティ (物理学)|パリティ]]
! [[静止質量]]<br/>[[電子ボルト|MeV]]/[[光速|c]]<sup>2</sup>
! [[ストレンジネス|S]]
! [[チャーム (量子数)|C]]
! [[ボトムネス|B]]
! [[寿命]]<br/>[[秒|s]]
! 主崩壊
! 備考
|-
| 荷電パイ粒子
| <chem>\pi^{+}</chem>
| <chem>\pi^{-}</chem>
| <chem>u \bar{d}</chem>
| [[擬スカラー]]
| 139.57061(±0.00024)
| 0
| 0
| 0
| 2.6033(±0.0005)&times;10<sup>-8</sup>
| <chem>\mu^{+} + \nu_{\mu}</chem>
| 
|-
| 中性パイ粒子
| <math>\mathrm{\pi^0}</math>
| 自身
| <chem>{\frac{u\bar{u} - d \bar{d}}{\sqrt{2}}}</chem>
| 擬スカラー
| 134.9770(±0.0005)
| 0
| 0
| 0
| 8.52(±0.18)&times;10<sup>-17</sup>
| <chem>2\gamma</chem>
| クォーク組成は未確定
|}

== 歴史 ==
[[1935年]]に湯川秀樹が提唱した。[[陽子]]間の電気的斥力を超え、電荷を持たない[[中性子]]をも結合させて原子核を安定なものにする核力（強い相互作用）を媒介する粒子が存在し、その予想質量が 100 M[[eV|eV/c<sup>2</sup>]] 程度と電子（約 0.5 MeV/c<sup>2</sup>）と核子（約 900 MeV/c<sup>2</sup>）の中間に当たることから[[中間子]]と名づけられた。

[[セシル・パウエル]]の率いるチームが、[[1947年]]に実験によって電荷を持つパイ中間子を発見した。

この時代にはまだパイ中間子を生成できるほど高エネルギーの[[粒子加速器]]が存在していなかった。そのため、チームは代りに[[原子核]][[乾板]]を設置した観測気球を[[宇宙線]]を受ける高度まで上げ、気球を回収後、顕微鏡による検査で電荷を持つパイ中間子の軌道を発見した。

これらの業績から、[[1949年]]に湯川秀樹および[[1950年]]にセシル・パウエルが[[ノーベル物理学賞]]を受賞した。

電荷を持たず寿命も短い&pi;<sup>0</sup>の同定は容易ではなかったが、後の1950年、カリフォルニア大学のサイクロトロンを使った実験で、&pi;<sup>0</sup>の2つの光子への崩壊を観察することにより、その存在が実験的に証明された。

==外部リンク==
* [http://pdg.lbl.gov/2017/tables/rpp2017-tab-mesons-light.pdf LIGHT UNFLAVORED MESONS] - [[パーティクル・データ・グループ]]による粒子データ

== 関連項目 ==
* [[湯川秀樹]]
* [[中間子]]
* [[核力]]
* [[量子色力学]]
* [[中間子論]]
* [[パイオニウム]]

{{Normdaten}}
{{デフォルトソート:はいちゆうかんし}}
[[Category:中間子]]

{{粒子の一覧}}