[科普中国]-π介子

在强子层次上，原子核或强子物质的是核子和介子。 弄清这些强子的结构，并由基本原理出发研究它们的性质，是当代核物理的重要课题。 在各种介子中，π介子是最轻且最重要的介子。有清楚的实验证据表明，核内存在π介子的集体模式，这种集体模式与以前观测到的所有核集体运动模式截然不同。

定义π介子基本粒子的一种。属介子类，自旋角动量为0，1947年被确认。它分为三种：π+、π-和π0，静止质量分别为139.569MeV/c2，139.569MeV/c2和134.965MeV/c2 ，带电分别为+1、一1和0电子电量，平均寿命分别为2.603x10-8、2.603 x 10-8和0.84x 10-16s。1

发现1907年1月23日，汤川秀树出生于日本东京，1923年考入京都大学预科，高中毕业后进入京都大学物理系。1929年，秀树大学毕业后留校任校，并选择了探素原子核的结构作为日后的研究方向。1932年，查德威克发现了中子，美国物理学家安德逊发现了正电子，以及随后的原子核的分裂，这些成就的取得大大鼓舞了汤川秀树。19 33年，汤川秀树转到大阪帝国大学，在1934年的数学物理学例会上，汤川秀树递交了一份研究报告，他用数学的方式分析，提出了核力是一种交换力，它通过交换介子发生作用，介子是传递核力的中间媒介物。至此，汤川秀树是第一位预言介子存在的物理学家。这一年他才28岁。

1938年，汤川秀树获大阪帝国大学物理学博士学位，不久又同爱因斯坦、费采、奥本海默等著名物理学家一起出席了第九届塞尔维基本粒子国际会议。

1947年，英国物理学家鲍威尔在宇宙射线的照片中发现了一种新粒子，其质量约为电子的273倍，而且与原子核有强烈的反应，它就是汤川秀树预言的那种粒子，现在它被命名为二介子。二介子主要承担原子核中质子和中子之间的强相互作用。至此，汤川秀树的理论得到了公认。1949年，汤川秀树荣获诺贝尔物理学奖。这是日本物理学家第一次获此殊荣。2

应用π介子照射治疗装置

将粒子加速器产生的400兆电子伏特以上的质子束射在靶上进行轰击，就会产生带负电荷的冗介子。利用特殊形状的超导磁体，将π介子引导到人体内部，就能够进行破坏癌细胞等医学治疗。

到现在为止，利用x射线或电子线的放射线疗法仍得到广泛使用，但在这种治疗过程中，沿照射方向患部以外的健全细胞也受到破坏的可能性很大。

然而利用π介子就可避免发生这种副作用。当π介子进入人体内部的时候，首先使物质内部发生弱离子化，同时逐渐失去能量。到最后，在完全静止之前，会与氧，氮、碳等元素的原子核发生反应，产生了中子，质子和α粒子等，从而使物质获得了很大能量。如果精细调节入射能量，使最后发生反应的部位深度与患病部位的深度相吻合，就可以在基本不影响其它正常细胞的情况下，集中能量专门破坏癌细胞。

μ子和π介子汤川的介子理论要求一种比电子重二三百倍的“介子”出现。1936年尼德梅耶和安德森在宇宙线中发现一种质量约为电子质量207倍的带电粒子，它们的电荷为±e．起初人们以为，这就是汤川理论所预言的介子，于是称之为“μ介子”。但是以后多年的研究发现，这种粒子与原子核的相互作用很弱，不大可能是汤川预言的那种粒子。“μ介子”的名称是历史的误会，现改称μ子。

μ子是不稳定的粒子，其寿命为2. 197 ms。μ子衰变的反应是：

1947年鲍威尔在宇宙线中又发现了一种质量约为电子273倍的带电粒子，电荷也是±e。它们与原子核间有很强的相互作用，被命名为π介子。π介子也是不稳定的粒子，平均寿命是26. 03 ms。人们公认，π介子才是汤川理论中传递核力的粒子。1950年中性π介子π0被发现，其平均寿命更短，只有8.4 x10-16s。3

本词条内容贡献者为:

陈波 - 副教授 - 中央财经大学