Нейтральный пион (π0) имеет время жизни около 80 аттосекунд*, распадаясь на два фотона. В новом исследовании международная группа физиков измерила это время жизни с погрешностью, вдвое меньшей, чем у предыдущего наиболее точного результата.
Пионы, также известные как пи-мезоны, были открыты в 1947 году. Они являются легчайшими мезонами и, в более общем смысле, легчайшими адронами.
Эти субатомные частицы состоят из кварка и антикварка и чрезвычайно нестабильны.
Они несут в себе ядерную силу, которая связывает протоны и нейтроны в ядрах. Эта сила составляет 98% массы нашей видимой Вселенной.
Как простые частицы, пионы хорошо описываются теорией квантовой хромодинамики (КХД). Эта теория описывает, как видимая Вселенная построена из взаимодействий субатомных частиц.
Таким образом, измерение времени жизни нейтрального пиона и его сравнение с КХД дает представление о частицах и силах, которые формируют Вселенную.
«Физики предсказали существование бозона Хиггса за десятилетия до его открытия в 2012 году из-за симметрии строительных блоков Вселенной», – сказал физик из лаборатории Джефферсона Ашот Гаспарян и его коллеги.
«Точно так же правила об особом типе симметрии, называемой киральной симметрией, предсказывают существование пионов».
«Время жизни нейтрально заряженного пиона связано с нарушением киральной симметрии. Это означает, что мы можем использовать теорию для точного расчета этого времени».
Ранее измерения этой продолжительности жизни были гораздо менее точными, чем теоретические расчеты.
Доктор Гаспарян и его коллеги из PrimEx Collaboration точно измерили время жизни нейтрально заряженного пиона с помощью ускорителя непрерывного электронного пучка (CEBAF).
Их окончательный результат показал, что нейтральный пион живет 83,37 аттосекунды. Результат имеет общую неопределенность 1,50% и подтверждает предсказание, основанное на киральной аномалии в КХД.
«Результат помогает проверить другие аспекты теории КХД», – сказали физики.
«Он также предоставляет важную информацию для проведения точного теста Стандартной модели физики элементарных частиц, теории, которая описывает, как три силы природы управляют частицами, из которых состоит материя».
Научная статья была опубликована в журнале Science.
Время, которое может быть выражено в аттосекундах:
0,247 аттосекунды: время прохождения фотона через «среднюю длину связи молекулярного водорода»
43 аттосекунды: самые короткие импульсы лазерного света из когда-либо созданных
82 аттосекунды (приблизительно): период полураспада бериллия-8, максимальное время, доступное для тройного альфа-процесса синтеза углерода и более тяжелых элементов в звездах.
83,37 аттосекунды: период полураспада нейтрального пиона
320 аттосекунд: расчетное время, необходимое электронам для передачи между атомами.
Источник: