π介子

帶電π介子衰變(1張)

π介子是基本粒子的一種。屬介子類，自旋角動量為0，1947年被確認。它分為三種：π⁺、π^-和π⁰，靜止質量分別為139.569MeV/c²，139.569MeV/c²和134.965MeV/c² ，帶電分別為+1、-1和0電子電量，平均壽命分別為2.603x10^-8、2.603 x 10^-8和0.84x 10^-16s。 ^[1] 

1907年1月23日，湯川秀樹出生於日本東京，1923年考入京都大學預科，高中畢業後進入京都大學物理系。1929年，秀樹大學畢業後留校任校，並選擇了探索原子核的結構作為日後的研究方向。1932年，查德威克發現了中子，美國物理學家安德遜發現了正電子，以及隨後的原子核的分裂，這些成就的取得大大鼓舞了湯川秀樹。19 33年，湯川秀樹轉到大阪帝國大學，在1934年的數學物理學例會上，湯川秀樹遞交了一份研究報告，他用數學的方式分析，提出了核力是一種交換力，它通過交換介子發生作用，介子是傳遞核力的中間媒介物。至此，湯川秀樹是第一位預言介子存在的物理學家。這一年他才28歲。

1938年，湯川秀樹獲大阪帝國大學物理學博士學位，不久又同愛因斯坦、費採、奧本海默等著名物理學家一起出席了第九屆塞爾維基本粒子國際會議。

1947年，英國物理學家鮑威爾在宇宙射線的照片中發現了一種新粒子，其質量約為電子的273倍，而且與原子核有強烈的反應，它就是湯川秀樹預言的那種粒子，它被命名為二介子。二介子主要承擔原子核中質子和中子之間的強相互作用。至此，湯川秀樹的理論得到了公認。1949年，湯川秀樹榮獲諾貝爾物理學獎。這是日本物理學家第一次獲此殊榮。 ^[2] 

π介子照射治療裝置

將粒子加速器產生的400兆電子伏特以上的質子束射在靶上進行轟擊，就會產生帶負電荷的冗介子。利用特殊形狀的超導磁體，將π介子引導到人體內部，就能夠進行破壞癌細胞等醫學治療。

利用x射線或電子線的放射線療法仍得到廣泛使用，但在這種治療過程中，沿照射方向患部以外的健全細胞也受到破壞的可能性很大。

然而利用π介子就可避免發生這種副作用。當π介子進入人體內部的時候，首先使物質內部發生弱離子化，同時逐漸失去能量。到最後，在完全靜止之前，會與氧，氮、碳等元素的原子核發生反應，產生了中子，質子和α粒子等，從而使物質獲得了很大能量。如果精細調節入射能量，使最後發生反應的部位深度與患病部位的深度相吻合，就可以在基本不影響其它正常細胞的情況下，集中能量專門破壞癌細胞。

湯川的介子理論要求一種比電子重二三百倍的“介子”出現。1936年尼德梅耶和安德森在宇宙線中發現一種質量約為電子質量207倍的帶電粒子，它們的電荷為±e．起初人們以為，這就是湯川理論所預言的介子，於是稱之為“μ介子”。但是以後多年的研究發現，這種粒子與原子核的相互作用很弱，不大可能是湯川預言的那種粒子。“μ介子”的名稱是歷史的誤會，現改稱μ子。

μ子是不穩定的粒子，其壽命為2.197 μs ^[4]  。μ子衰變的反應是：

1947年鮑威爾在宇宙線中又發現了一種質量約為電子273倍的帶電粒子，電荷也是±e。它們與原子核間有很強的相互作用，被命名為π介子。π介子也是不穩定的粒子，平均壽命是26. 03 ns。人們公認，π介子才是湯川理論中傳遞核力的粒子。1950年中性π介子π⁰被發現，其平均壽命更短，只有0.84 x10^-16s。 ^{[4]  [3]}