قصة يوكاوا مع البيون و الميون

فى هذا الجزء الثالث نحكى قصة يوكاوا Yukawa و كيفية تنبئه بجسيم البيون pion و اكتشاف جسيم الميون muon معه رغم ان لا احد توقعه.

ويوكاوا هو الرائد فى نظرية التفاعلات النووية القوية وهو فيزيائى يابانى كان معزولا فى اليابان الى اقصى الحدود قبل و اثناء الحرب العالمية الثانية و رغم هذا تمكن من تصور النواة على انها حالة مرتبطة bound state تجمع بين البروتونات و النوترونات عبر القوة النووية القوية وهذا عن طريق تبادل جسيمات ثقيلة هى هذه البيونات (جمع بيون).

اذن البروتون يتنافر او يتجاذب مع البروتون او النوترون عبر تبادل جسيمات البيونات مشكلين بذلك النواة مثلما ان الالكترون يتنافر او يتجاذب مع الالكترون و البروتون عبر تبادل الفتونات مشكلين بذلك الذرة.

يوكاوا قام بحساب كتلة هذا الجسيم باستخدام مبدأ الارتياب لهايزنبرغ ووجدها بين كتلة الالكترون و بين كتلة البروتون ولهذا سماه الميزون meson اى متوسط-الكتلة. كما نعرف اليوم فان البيون هو ميزون واحد من ميزونات اخرى كثيرة.

الاكترون من الجهة الاخرى يسمى لبتون lepton اى خفيف-الكتلة اما البروتون فيسمى باريون baryon اى ثقيل-الكتلة.

اكتشاف البيون استهلك وقت طويلا وهذا بسبب انه ثقيل لا يمكن انتاجه بسهولة فى المسرعات لكنهم كانوا يتمكنون من دراسته فى الاشعة الكونية cosmic rays و ثانيا بسبب انه ينتج فى الاشعة الكونية فى الطبقات العليا من الجو و لا يعيش كثيرا و اكثر الاسباب التى عطلت اكتشافه هو ان هناك جسيم آخر تقارب كتلته كتلة البيون و ينتج ايضا فى الاشعة الكونية كان يسمى الميو-ميزون mu-meson (لانهم كانوا يعتقدون انه ميزون وهو ليس كذلك بل هو لبتون) و اصبح يسمى الآن الميون muon.

باول Powell عام 1947 حسم الامر نهائيا حيث اكتشف البيون و الميون كجسيمين مختلفين و ان جسيم يوكاوا هو البيون اما الميون الذى اخلط الاوراق لاكثر من عشر سنوات فهو لبتون لا يتفاعلا اصلا عبر القوة النووية القوية.

بل ان البيون عندما يتهافت فى الطبقات العليا فى الجو فانه يتهافت الى الميون الذى يتهافت بدوره عند سطح الارض الى الالكترونات. لكن الميون فعلا هو الشقيق الاكبر و الاثخن للالكترون اما البيون فهو وسيط القوة النووية القوية.

تفاصيل اكثر فى المحاضرة.