Pion ve Muonlar

1953’te japon fizikci hiedaki yukuwa kutlesi 100 Mev kadar olan bir parcacigin var olmasi gerektigini bir varsayim olarak ileri surdu. Bu kutlenin degeri elektron kutlesi(0,5Mev) ile nukleon kutlesi(940Mev)degerleri arasinda oldugundan yukuwa’nin ongordugu bu parcaciklara ‘orta kutleli’anlamina gelen mezon adi verildi. Daha sonra bulunan orta kutleli parcaciklar arasinda yukuwa’nin tarifine uyan parcaciga ? mezon yada pion adi verildi.

Muonun bulunusu

1937’de Anderson ve ogrencisi Neddermeyer kozmik isinlar arasinda kutlesi 100Mev civarinda olan bir parcacik gozlemlediler. Bu deger yukuwa’nin tahminine cok guzel uydugu icin dikkatler yukuwa teorisine cekildi. Fakat daha sonra 10 yil icinde Andeson ve ogrencisi gozledigi parcacigin yukuwa’nin ongordugu mezon olmadigi anlasildi. Bu yeni parcaciga muon veya µ parcacigi adi verildi: (+µ) ve (-µ) gibi arti ve eksi yuklu iki muon oldugu goruldu.

Pion ve muonlar arasindaki en onemli fark sudur ; kuvetli etkilesimin araci parcacigi olan pi mezonu cekirdeklerle kuvetli etkilesimler yapar. Oysa anderson ve neddermeyer in muonu cekirdekle cok zayif etkilesir. Ornegin, negatif muonlarin cekirdek etrafinda atomik yorungelerde tutuldugu gozlenmistir.eger muon yukuvanin ongordugu parcacik olsaydi kisa surede cekirdek tarafindan sogurulur ve cekirdegi parcalayacak kadar enerji aciga cikardi. Oysa muon atomik yorungede uzunsure kalip sonra kendiligindenbozundugu gozlenmistir.

Bu ve diger bircok nedenlerle muonn yukuwa’nin ongordugu kuvetli etkilesimenin araci parcacigi olmadigi kanitlanministir. Muonlarin kuvetli cekirdek etkilesmesiyle hicbir alakasi yoktur. -µ ve +µ birbirinin antiparcacigi olup, her bakimdan elektron ve pozitron cifti gibi davranir. Muonlarin da spini ½ ve magnetik momentleri Dirac teorisinin ongordugu degerdedir.

Pion’un bulunusu

Yukuva’nin ongordugu parcacigin muon olmadigini goren fizikciler 1947’lerde tekrar kozmik isinlarda orta kutleli bir parcacik aramaya koyuldular. Carpisan iki nukleonun enerjisi yeterliyse, pion uretilebilir:

                                            N+NªN+N+?

Veya daha buyuk enerjilerde cok sayida pion uretilebilir;

                                  N+NªN+N+ ?+ ?+ ?……..+ ?

Buna gore, atmosferin ust tabakalarinda yuksek enerjili kozmik isinlarin atmosferdeki cekirdeklerle carpismasi sonucu cok sayida pion uretilmesi beklenir. Ote yandan pionlar cekirdekle kuvetli etkilesip sogurulduklari icin, kilometrelerce atmosfer tabakasini gecip yeryuzune gelme olasiliklari cok kucuk olur. Bu durumda deniz seviyesindeki labratuvarlarda pion gozlenme olasiligi zayif olur. Bunun uzerine ingiliz fizikci Powell yonetimindeki bir grup arastirmaci prene ve and daglarinin zirvelerinde deneyler gerceklestirdiler. Dagin tepesinde bir hafta bekletilen yuzlerce fograf filmi incelendiginde gercektende orta kutleli iki parcacik bulundugu goruldu;biri 105 Mev kutleli muon digeri ise uzun zamandir beklenen 140Mev kutleli piondur.

Ilk gozlenen pionlar yuku + ? ve – ? oldular. Powell ve arkadaslari su reaksyonlada pionlarin bozunarak muonlara donustugunu gozlediler:

                                                     (+?)ª(+µ)+ ?

                                                      (-? )ª(-µ) + anti notrino

Bu iki reaksyon pionlarinbaslica bozunma mekanizmasi olup, kozmik isinlarda cok sayida muon gozlenmesini aciklar. +? ve –? nin ortalama omurleri 10-8 saniyedir.

Powell ve arkadaslarinin deneylerinde muonlarinda elektron ,notrino ve anti notrinoya donusltukleride gozlendi:

                                                 ±µª±e+?+antinotrino

pionlarin cekirdekle kuvetli etkilestigi kisa surede anlasildi. Ornegin cekirdek etrafinda bir atomik yorungede yakalanan negatif pion parcacigi kisa surede cekirdek tarafindan sogurulur ve aciga cikan enerji cekirdegi parcalara ayirir.

Kozmik isinlarda gozlendiginden kisa sure sonra pionlar berkeleydeki 6Gev’lik hizlandiricida yapay olarak uretilmeye baslandi.

Yukuwa teorisine gore yuklu ±? un yanisira notr bir ? parcacigida olmasi gerekir.

Yuklu pionlarin kutleleri bir birine esit oldugu halde notr pionun kutlesi biraz daha hafiftir:

                                     M(±?)=139,6Mev   M(?)=135Mev

Fakat yuksuz   pionun ±?    den en onemli farki bozunmasinda gorulur. ±? parcaciklari 10-8 saniye icinde bozunurken, notr ? daha cok iki fotona donusur:

                                                    ?ª?+?

ve ortalama omru daha kisa olur ; yaklasik 8,3×10-17 saniye

yuklu ve yuksuz pionlarin omurleri arasindaki buyuk farkin nedeni sudur notr pion’un bozunmasi elektrooagnetig kuvetin eseridir;oysa yuklu pionlarin bozunmasi daha kucuk olan zayif etkilesme yoluyla olur.zayif etkilesmeye birazdan deginecegiz.
Kaynak: fizik ve mhendislikte modern fizik(john r. Taylor,chiris zafartos)
belgesi-1355