mesone
In fisica, termine originariamente introdotto per indicare genericamente particelle elementari di massa intermedia tra quella dell’elettrone e quella del protone; il nome è stato poi dato, specificamente, a particelle instabili che presentano interazioni forti e che hanno spin intero, e obbediscono quindi alla statistica di Bose-Einstein.
L’esistenza di particelle del genere fu teoricamente prevista da H. Yukawa nel 1935; due anni dopo, C.D. Anderson e S.H. Neddermeyer misero in evidenza, con esperienze in camera di Wilson, particelle di massa intermedia (207 volte ca. la massa elettronica) che però non avevano le proprietà ipotizzate da Yukawa, come fu successivamente dimostrato per via sperimentale da M. Conversi, E. Pancini e O. Piccioni. Tali particelle, allora indicate come m. μ e dopo chiamate muoni, non sono m. nel ristretto significato moderno del termine. Fu nel 1947 che C.F. Powell, G. Occhialini e C. Lattes scoprirono, in lastre nucleari esposte alla radiazione cosmica, un secondo tipo di particelle di massa intermedia: il m. π, le cui proprietà rispondevano alle previsioni teoriche. Poco dopo veniva scoperto, con la medesima tecnica, un altro m., il m. K. Successivamente, con l’avvento delle grandi macchine acceleratrici, è stato scoperto un gran numero di nuovi m. (➔ particelle elementari), tra i quali il m. η (v. tab.).
Il m. π, o pione, esiste nelle tre varietà π+, π−, π0, cioè con carica elettrica positiva, negativa, nulla; il valore assoluto della carica elettrica dei primi due è pari a quello della carica elettronica. I m. π+ e π− hanno una massa che è circa 273 volte quella dell’elettrone, mentre il m. π0 ha una massa 264 volte maggiore della massa elettronica. Il momento angolare di spin dei m. π è nullo. Il m. π+, penetrando entro la materia, è respinto dalla carica positiva dei nuclei atomici e con una vita media di circa 2,6∙10−8 s decade in un muone μ+ e un neutrino νμ; il m. π−, invece, è attratto dalla carica positiva dei nuclei, e interagisce con essi producendo una disintegrazione nucleare. In assenza di materia, il m. π− si disintegra in un muone μ− e un antineutrino ν̄μ. Così, il decadimento dei m. π+, π− è una delle più importanti sorgenti dei muoni. Il m. π0 decade in due fotoni, tra i quali si ripartisce l’energia corrispondente alla massa di quiete della particella; la sua vita media è straordinariamente breve: 0,83∙10−16 s. I m. π si producono nell’interazione fra nucleoni dotati di sufficiente energia, per es. nell’interazione dei protoni della radiazione cosmica con i nuclei dei gas atmosferici.
Il m. K (o kaone), anch’esso nelle tre specie K+, K−, K0, ha una massa che è circa 966 volte quella dell’elettrone; il suo momento angolare di spin è nullo. I m. K+ e K− hanno una vita media di circa 1,2∙10−8 s e decadono secondo vari processi, con formazione di m. π e μ. Il m. K0 esiste in due stati, K0S e K0L (➔ deboli, interazioni), con vite medie diverse, la più breve di 0,89∙10−10, la più lunga di 5,18∙10−8 s.
Il m. η, particella neutra con spin nullo, la cui massa è 1074 volte quella dell’elettrone, è una sorta di m. π0 pesante; ha vita media 0,79∙10−18 s e decade prevalentemente in tre m. π o in due fotoni.