يتم وصف التفاعل القوي، الذي يربط الكواركات معًا داخل البروتونات والنيوترونات بواسطة نظرية تسمى الديناميكا اللونية الكمومية.
مفهوم البيونيوم
- على الرغم من تأكيد تنبؤات الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) للتجارب مع نقل الطاقة العالية، لم يتم اختبار النظرية بشكل كامل عند الطاقات المنخفضة.
- يحتوي البيون الموجب (π + ) على كوارك علوي وكوارك سفلي متماسك معًا بواسطة القوة الشديدة، بينما يحتوي البيون السالب (π – ) على مكافئ المادة المضادة.
- نظرًا لأن البيونات لها عزم منخفض نسبيًا في البيونيوم، فإن تفاعلها يوصف بواسطة الديناميكا اللونية الكمومية (QCD) منخفض الطاقة، حيث تتنبأ النظرية بأن ذرة البيونيوم يجب أن تتحلل إلى بيونيين محايدين ويبلغ عمرها حوالي 3 فيمتوثانية (3 × 10-15 ثانية).
- من نواحٍ عديدة، يُعد البيونيوم، الذي يُرمز إليه بالرمز (A 2π)، نسخة غريبة من ذرة الهيدروجين، على الرغم من أن كلا من مكوّناته لهما الكتلة نفسها وكلاهما غير مستقر.
- تم إنشاء أول ذرات البيونيوم في سربوخوف (U-70) السنكروترون في روسيا في عام 1993، وعلى الرغم من اكتشاف حوالي 270 ذرة فقط، ساعدت هذه النتيجة في تعيين حد أدنى يبلغ 1.8 فيمتوثانية في العمر.
- في تجربة ديراك، التي تضم علماء فيزيائيين شاركوا في تجربة سربوخوف، تم توجيه حزمة بروتون (24 GeV) من بروتون السنكروترون في CERN إلى هدف رقيق من النيكل لإنتاج ذرات البيونيوم في تفاعل بروتون نووي.
- ثم تنقسم الذرات إلى بيونات موجبة وسالبة يتم الكشف عنها لاحقًا بواسطة مطياف مغناطيسي مزدوج الذراع، حيث صُمم مقياس الطيف خصيصًا لتمييز أزواج البيونات عن البيونيوم التي تتكسر على الخلفية الضخمة للأزواج المنتجة في نفس الهدف.
- كان تعاون ديراك قادرًا على اكتشاف أكثر من 5000 انفصال للبيونيوم من إجمالي 6.4 × 10 8 أحداث، مما سيسمح بتحديد العمر ضمن أخطاء إحصائية بنسبة 15٪، ويأمل الفريق في تقليل هذا الخطأ إلى 10٪ فقط في المستقبل.
