Pionzerfall

Später als gedacht haben wir jetzt doch den Pionzerfall verstanden.

Bevor wir die Pionen zerfallen lassen, sollten wir wir sie vielleicht erst mal erzeugen und zwar folgendermaßen:


Erzeugung eines geladenen Pions	Erzeugung eines ungeladenen Pions

Im Fall eines geladenen Pions zerfällt ein hochenergetisches Proton in ein Neutron und ein Pion. Ein ungeladenes Pion wird durch die Abstrahlung von einem Proton erzeugt.

Zunächst der einfache $\pi^{\pm}$ Zerfall:

Geladene Pionen bestehen aus $u \bar{d}$ , bzw $\bar{u}d$ und gehen jeweils direkt in ein $W$ -Boson über. Dieses zerfällt dann leptonisch (nicht hadronisch, weil’s dann wieder ein Pion wäre). Beim leptonischen Zerfall ist der Zerfall in ein Muon und das entsprechende Muon-Neutrino bevorzugt auf Grund des Spins.

Das Pion ist ein Singlettzustand, gebildet aus den oben genannten Quarks und hat daher Spin 0. Das W-Boson hat ebenfalls die Z-Komponente Null, aber insgesamt Spin 1. Im Ruhesystem des W-Bosons geht das Lepton und das Neutrino back-to-back, wegen der Impulserhaltung. Die Spins müssen aber entgegengesetzt stehen damit wir die Z-Komponente 0 erhalten. Das Neutrino ist immer linkshändig, also Spin und Bewegungsrichtung sind entgegengesetzt.

Das geladene Pion zerfällt zu 99.99% in ein $\mu$ und $\nu_{\mu}$ :

cpion_1

Ein kleiner Teil zerfällt auch in $\mu \nu_{\mu} \gamma$ . Hier bei wir das W-Boson von einer Quarklinie abgestrahlt, welche den Flavour-Zustand ändert und dann mit dem zweiten Quark aus dem $\pi$ anihiliert. So entsteht neben dem Leptonpaar noch ein $\gamma$ :

cpion_2

Der Zerfall des geladenen Pions ist ein rein elektroschwacher Prozess und daher hat es eine längere Lebensdauer als das neutrale Pion. Zum Vergleich die Lebensdauer vom geladenen Pion beträgt $\pi^{\pm} = 2,6 \times 10^{-8}$ s während für das neutrale Pion gilt $\pi^{0} = 8,4 \times 10^{-17}$ s.

Das ungeladene Pion ist ein quantenmechanischer Überlagerungszustand eines $u bar{u}$ und eines $d \bar{d}$ Paares. Der Hauptzerfallskanal mit 98.8% ist $\pi^{0}\rightarrow\gamma\gamma$ .

Bei einem kleinen Anteil von 1.2% zerfällt eines der Photonen weiter in ein Elektron-Positron-Paar.

Noch unwahrscheinlicher ist der Zerfall in zwei Elektron-Positron-Paare.

Obwohl das W alleine mit ca. 70% hadronisch zerfällt, ist dies hier nicht möglich, da die Masse des Pions mit ca. 140 MeV nicht ausreicht um ein $c$ (1.27 GeV) oder $s$ (95 MeV) Meson zu erzeugen. Es könnte natürlich wieder in ein $u\bar{d}$ zerfallen, dann hätten wir allerdings den gleichen Zustand wie am Anfang.

Sharen mit:

Ähnliche Beiträge