Мезоновый зоопарк.

После того, как экспериментаторы стали искать предсказанные Юкавой мезоны, первыми были найдены два мезона, имевшие массу примерно равную 207 массам электрона. Один был положительно заряжен, второй – отрицательно. Им дали название «мю-мезон», или, короче, «мюон», и стали обозначать как «μ⁺» и «μ^-». Естественно, что после открытия мю-мезонов все подумали, что это и есть те мезоны, существование которых предсказал Юкава. Однако обнаружилось, что мюоны никаким образом не участвуют в сильном взаимодействии – это важно, и мы вскоре к этому вернемся. Мюоны оказались побочным открытием – просто стали искать частицы с массой в 200-300 масс электрона, стали проводить специфические эксперименты, в которых подобные частицы дали бы о себе знать, вот и нашли их.

Поиски продолжились, и были открыты «пи-мезоны», обозначающиеся как «π». Для простоты их иногда еще называют «пионы». Пионы уж точно по всем признакам походили на переносчиков сильного взаимодействия. Их оказалось три вида – положительно заряженные, отрицательно заряженные и нейтральные. Соответственно их и стали обозначать как «π⁺», «π^-» и «π⁰». Их массы оказались исключительно близкими – первые два имеют массу в 273,2 массы электрона, а третий – нейтральный – 264,2 массы электрона. Мы помним, что энергия имеет массу, и если частица имеет электрический заряд, она, соответственно, имеет и электрическую энергию, а значит – дополнительную маленькую массу. Поэтому все три пиона считаются одной и той же частицей, которая находится в разных «зарядовых состояниях».

И оказалось, что все три пиона участвуют во внутриядерных взаимодействиях, но каждый играет свою роль. Оказалось, что π⁺-мезон никогда не испускается нейтроном, зато охотно испускается находящимся в ядре протоном. При этом протон теряет свой положительный заряд и превращается в нейтрон. Что дальше делать π⁺-мезону? Поглотиться другим протоном он не может, ведь тогда протон станет иметь удвоенный электрический заряд, а нам известно, что все элементарные частицы могут иметь заряд, только равный по величине заряду электрона, но не удвоенный и не утроенный. Значит, π⁺-мезон может поглотиться только нейтроном, который превращается в протон. Они как будто меняются местами! Аналогично с π^--мезоном – он испускается нейтроном, после чего нейтрон превращается в протон, и поглощается протоном, который превращается в нейтрон.

Легко запомнить – какой именно мезон кем испускается, если помнить, что нуклоны бывают положительно заряженными (протон) и нейтральными (нейтрон), но не бывают отрицательно заряженными. Поэтому нейтрон никак не может испустить π⁺-мезон, ведь исторгнув из себя положительный заряд, нейтрон должен был бы превратиться в отрицательно заряженный нуклон, а таких не существует. С другой стороны, протон, имея положительный заряд, может отдать его, испустив π⁺-мезон, и стать нейтроном. Мнемоническое правило простое: положительно заряженный протон может отдать свой заряд и стать нейтральным нейтроном. Помня, что π⁺-мезон может испускаться только протоном, мы по принципу исключения легко вспомним, что π^--мезон может испускаться только нейтроном. Что касается π⁰-мезона, то поскольку он электрически нейтрален, он может испускаться и поглощаться и протонами и нейтронами.

Каждый мезон состоит из двух кварков, а точнее из пары «кварк-антикварк».

К широко известным мезонам относятся еще и «К-мезоны», или «каоны».