Π介子偶素

π介子偶素是一種奇異原子，由兩個π介子——一個
π+
介子和一個
π−
介子所組成。被粒子加速器加速後的質子束與靶原子核之間相互作用的過程中可產生π介子偶素。

根據手性微擾理論（英語：Chiral perturbation theory）的預測，π介子偶素的壽命極短，約為2.89×10⁻¹⁵ s；衰變後的產物一般為兩個
π0
介子，也有一小部分衰變為兩個光子。

歷史

2006年，歐洲核子研究中心（CERN）的NA48/2實驗（英語：NA48 experiment）公布了帶電K介子的衰變中，π介子偶素的產生與衰變的證據。他們在分析研究了最終產物為三個π介子的反應 K^± → π^±(ππ)_atom → π^±π⁰π⁰ 的π介子對的質量分布後，認為此反應中生成了理論模型預測的π介子偶素^[1]。後續的研究精確地測量了S波π介子的散射長度；實驗結果已於2009年發表^[2]。

CERN的DIRAC實驗測量了π介子偶素的壽命，並已於2011年發表。科學家們從1.5×10⁹個事件中篩選出21227對偶素，統計誤差被控制在~9%^[3]。測量結果為

\tau _{\mathrm {exp.} }=(\left.3.15_{-0.19}^{+0.20}\right|_{\mathrm {stat} }\left.^{+0.20}_{-0.18}\right|_{\mathrm {syst} })\times 10^{-15}\mathrm {s}

，其中「stat」表示統計誤差，「syst」表示系統誤差。

上述的一系列實驗都將為量子色動力學在低能條件下的理論預測提供關鍵性的測試。^[4]

流行文化

2014年播出的日本電視動畫《宇宙浪子》中，主角丹迪藉助π介子偶素（日語：パイオニウム）作為能源進行星際旅行。

參考文獻

^ Batley, J. R.; et al. Observation of a cusp-like structure in the π⁰π⁰ invariant mass distribution from K^± → π^±π⁰π⁰ decay and determination of the ππ scattering lengths (PDF). Physics Letters B. 2006, 633 (2–3): 173–182. Bibcode:2006PhLB..633..173N. arXiv:hep-ex/0511056  . doi:10.1016/j.physletb.2005.11.087.
^ Batley, J. R.; et al. Determination of the S-wave ππ scattering lengths from a study of K^±→π^±π⁰π⁰ decays (PDF). European Physical Journal C. 2009, 64 (4): 589–608 [2017-09-06]. Bibcode:2009EPJC...64..589B. arXiv:0912.2165  . doi:10.1140/epjc/s10052-009-1171-3. （原始內容存檔 (PDF)於2022-01-20）.
^ Adeva, B.; et al. Determination of ππ scattering lengths from measurement of π⁺π⁻π⁺π⁻ atom lifetime. Physics Letters B. 2011, 704 (1-2): 24–29. Bibcode:2011PhLB..704...24A. arXiv:1109.0569  . doi:10.1016/j.physletb.2011.08.074.
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[hep-ex/0511056-1] Batley, J. R.; et al. Observation of a cusp-like structure in the π⁰π⁰ invariant mass distribution from K^± → π^±π⁰π⁰ decay and determination of the ππ scattering lengths (PDF). Physics Letters B. 2006, 633 (2–3): 173–182. Bibcode:2006PhLB..633..173N. arXiv:hep-ex/0511056  . doi:10.1016/j.physletb.2005.11.087.

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[hep-ph/9808407-3] Adeva, B.; et al. Determination of ππ scattering lengths from measurement of π⁺π⁻π⁺π⁻ atom lifetime. Physics Letters B. 2011, 704 (1-2): 24–29. Bibcode:2011PhLB..704...24A. arXiv:1109.0569  . doi:10.1016/j.physletb.2011.08.074.

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Π介子偶素

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