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パイオニウム

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/09/24 10:04 UTC 版)

パイオニウム（英: Pionium）は、正負の電荷を持つパイ中間子2個がクーロン力によって束縛されたエキゾチック原子である。実験的には、加速器で加速した陽子を標的となる原子核に衝突させて作られる。

平均寿命は3×10^-15秒程度で、大部分は強い相互作用によって2個の中性パイ中間子π⁰に崩壊し、0.4%程度の低確率で2個の光子に崩壊する。

現在、欧州原子核研究機構 (CERN) におけるDIRAC実験では、パイオニウムの平均寿命を調べる研究が行われている。この実験では、2008年に11%^[1]、2011年に9%程度^[2]の標準誤差でパイオニウムの平均寿命が報告されている。

2005年にCERNで行われた NA48/2実験では、荷電K中間子の崩壊過程においてパイオニウムが生成する証拠が得られ、終状態として3個のパイ中間子が得られる反応（K^±→π^±π⁰π⁰）について調べられた^[3]。

パイオニウムの平均寿命を実験で測定することは、パイオニウム崩壊のような低エネルギー領域の物理現象を記述する理論（カイラル摂動論）の精度を検証するためにも重要な課題である。

一般に粒子の平均寿命の逆数は崩壊幅として表されるが、パイオニウムのπ⁰π⁰崩壊に対する崩壊幅はS波のππ散乱長と関係している。パイオニウムA_2πの基底状態について、平均寿命τと崩壊幅Γは

\tau _{A_{2\pi }}^{-1}=\Gamma _{A_{2\pi }\to \gamma \gamma }+\Gamma _{A_{2\pi }\to \pi ^{0}\pi ^{0}}

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