Pion | una partícula subatómica formada por un quark y un antiquark

Tres tipos de piones

Los tres tipos de piones tienen la letra griega pi en sus símbolos:

π⁺ para el pión de carga positiva

π^– para el pión cargado negativamente, y

π⁰ para el pión neutro.

El (superíndice)⁺ ,^– , o⁰ se refiere simplemente a la carga (electromagnética) del pión.

Los quarks up tienen una carga de +² ⁄₃ y los antiquarks down tienen una carga de +¹ ⁄₃ , por lo que π⁺ tiene una carga de +1 (como un protón).

Las antipartículas tienen carga opuesta a sus partículas, por lo que los antiquarks up tienen una carga de -² ⁄₃ y los quarks down tienen una carga de -¹ ⁄₃ . Esto significa que π⁻ tiene una carga de -1 (como un electrón).

Como π⁰ empareja quarks del mismo sabor con sus antiquarks, tanto el quark up (+² ⁄₃ ) emparejado con el antiquark up (-² ⁄₃ ) como el quark down (+¹ ⁄₃ ) emparejado con el antiquark down (-¹ ⁄₃ ) lo dejan con carga cero (como un neutrón).

Los quarks y los antiquarks también tienen un tipo de carga diferente llamado color, no relacionado con la carga electromagnética. Ésta proviene de la interacción fuerte que mantiene unidos a los quarks. Como en todos los mesones, las cargas de color de un pión deben ser iguales y opuestas: azul con anti-azul, verde con anti-verde o rojo con anti-rojo. El efecto de estos emparejamientos de color-anticolor es que la carga de color del pión es incolora (como un neutrón es neutro). En las distancias más pequeñas, normalmente dentro de un núcleo atómico, un pequeño efecto de la carga de color permanece y actúa como la fuerza nuclear que mantiene unido el núcleo. Dentro del núcleo, pues, los piones virtuales (y otros mesones virtuales) se intercambian entre los nucleones (protones y neutrones), juntándolos.

Los antiquarks son antimateria, por lo que aniquilarán a un quark del mismo sabor que esté lo suficientemente cerca. Esto significa que el quark y el antiquark se convertirán mutuamente en energía.

Portadores de fuerza

Los portadores de fuerza son partículas responsables de la acción de las fuerzas, como el electromagnetismo. Al igual que los fotones son responsables de la fuerza electromagnética, los mesones son responsables de algunas de las interacciones de la fuerza fuerte de menor energía (residual) que se producen entre los nucleones. (La fuerza fuerte también se conoce como fuerza nuclear o fuerza fuerte residual cuando su acción es entre nucleones). A un nivel aún más pequeño, los gluones son responsables de las interacciones de la fuerza fuerte entre los quarks.

Decaimiento de piones

La descomposición de los piones cargados siempre produce leptones, como los electrones.

π⁺ casi siempre decae en un muón y un antineutrino de muón.

π^– casi siempre decae en un antimuón y un neutrino muón.

Un pión neutro, π⁰ , suele decaer en dos fotones altamente energizados.

Otras formas de desintegración de piones

Sin embargo, existe cierta probabilidad (de <0,1% a 1,2%) en la desintegración de algunos piones, ya que también pueden decaer en diferentes formas. Para π⁺ , el segundo producto de desintegración más probable es un positrón (un antielectrón) y un neutrino electrónico. π^– se desintegrará a veces en un electrón y un antineutrino electrónico. π⁰ a veces decaerá en un fotón altamente energizado, un electrón y un positrón. (Tenga en cuenta que los positrones y los electrones pueden aniquilarse entre sí, y esta aniquilación produce fotones altamente energizados).

Decaimiento debido a la fuerza débil

Como la desintegración de los piones se debe a la fuerza débil, se introduce otro portador de fuerza. Durante la desintegración, se crea un bosón W⁺ , que dura 3x10⁻²⁵ segundos. Después de este tiempo increíblemente corto, el bosón W⁺ decaerá en los leptones en los que decaería naturalmente el pión. Sin embargo, es importante establecer esta distinción, ya que incluye la fuerza débil.