μεσόνια

Θεμελιώδη ασταθή σωμάτια, αποτελούμενα από μάζα ενδιάμεση μεταξύ ηλεκτρονίων (που ονομάζονται γενικά λεπτόνια ή ελαφρά σωμάτια) και πρωτονίων (βαριόνια ή βαρέα σωμάτια). Πριν από λίγα χρόνια ήταν γνωστοί δύο τύποι μ.: το π (ή πιόνιο) και το κ (ή καόνιο). Τα πρώτα έχουν μάζα περίπου 270 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου και ονομάζονται ελαφρά μ., ενώ τα δεύτερα έχουν μάζα περίπου 970 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου και ονομάζονται βαρέα μ. Τα μ. μπορεί να έχουν θετικό ή αρνητικό φορτίο ίσο, σε απόλυτη τιμή, με το φορτίο του ηλεκτρονίου ή να είναι ουδέτερα. Το σπιν τους μπορεί να είναι 0 (μεσόνιο κ, π και η), ένα (μεσόνιο ω, φ, ρ κλπ.) ή δύο, ενώ η μέση ζωή τους είναι πάντα πολύ βραχεία. Τα σωμάτια μ (ή μιόνια), τα οποία κάποτε κατατάσσονταν μεταξύ των μ. από την τιμή της μάζας τους (ίση προς 207 μάζες ηλεκτρονίων ή προς 0,113 πρωτονίων), θεωρούνται τώρα ως πολύ βαρέα ηλεκτρόνια (κατ’ απόλυτη τιμή φέρουν φορτίο ίσο με αυτό του ηλεκτρονίου). Αυτή η νεώτερη θεωρία επεκράτησε, επειδή έγινε αποδεκτό ότι τα συγκεκριμένα σωμάτια, εκτός από τη μάζα τους, φέρουν όλες τις ιδιότητες των ηλεκτρονίων (δυνάμεις διά των οποίων αλληλεπιδρούν με άλλά σωμάτια, μαγνητική ροπή, σπιν), ιδιότητες που καθιστούν δυνατό τον σχηματισμό ατόμων ή μορίων μεσικών, στα οποία δηλαδή υπάρχουν μιόνια στη θέση των τροχιακών ηλεκτρονίων ή των δεσμών. Το 1935 ο Ιάπωνας φυσικός Χιντέκι Γιουκάβα διετύπωσε την υπόθεση ότι οι διατάξεις, οι υπεύθυνες για τον δεσμό μεταξύ των σωματίων που έχουν ενωθεί με σκοπό να σχηματίσουν τους ατομικούς πυρήνες, πρέπει να οφείλονται στην εναλλαγή ενός σωματιδίου μεταξύ των νουκλεονίων (νετρονίων και πρωτονίων). Στην ουσία επιδιώκοντας να δικαιολογήσει την πεπερασμένη εμβέλεια των πυρηνικών δυνάμεων (περίπου ίση με 10^-15 μέτρα), πρότεινε την ύπαρξη ενός υποθετικού σωματιδίου, μη μηδενικής μάζας, το οποίο υποδύεται τον ρόλο του (ενδιάμεσου) φορέα της πυρηνικής δύναμης. Αυτό το σωμάτιο έπρεπε να έχει φορτίο θετικό, αρνητικό ή μηδενικό, γιατί έτσι θα μπορούσε να ερμηνευθεί, είτε η δύναμη μεταξύ νετρονίου και πρωτονίου είτε η δύναμη πρωτονίου-πρωτονίου και νετρονίου – νετρονίου. Όσον αφορά τη μάζα του θα έπρεπε να είναι 200 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου για να εξηγηθεί το γεγονός ότι η ακτίνα δράσης των πυρηνικών δυνάμεων δεν υπερέβαινε τις διαστάσεις του ατομικού πυρήνα (η μάζα του σωματίου που είναι υπεύθυνο για μια δύναμη είναι αντιστρόφως ανάλογη προς την ακτίνα δράσης της δύναμης αυτής). Τα δεδομένα διαφοροποιούνται στην περίπτωση των ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων, οι οποίες, ενώ ελαττώνονται με την αύξηση της απόστασης μεταξύ των αλληλεπιδρώντων σωματίων, εξακολουθούν να δρουν μέχρι μια άπειρη απόσταση και οφείλονται στην εναλλαγή φωτονίων και σωματίων μηδενικής μάζας. Το 1937 οι Άντερσον, Νίντερμεγερ, Στριτ και Στίβενσον ανακάλυψαν στην κοσμική ακτινοβολία σωμάτια, των οποίων η μάζα ήταν περίπου ίση προς τη μάζα των σωματίων που προέβλεψε ο Γιουκάβα, αλλά αυτό αφορούσε τα μεσόνια μ. Τα πραγματικά σωμάτια του Γιουκάβα, δηλαδή τα μεσόνια π (ή πιόνια), ανακαλύφθηκαν και αυτά στην κοσμική ακτινοβολία, από τους φυσικούς Πάουελ, Λέιτς και Οτσιαλίνι (1947).