介子－原子核相互作用
正文
介子－原子核-周期表 利用介子來研究原子核，主要是因為它們具有一些獨特的性質。例如，π介子的同位鏇T=1，它有三種電荷狀態，可以通過電荷交換反應使原子核改變一個甚至兩個單位的電荷，形成某些特殊的原子核狀態。又如,π介子是玻色子,自鏇為0,它可以在核內產生或被吸收。π被吸收後，至少有139.6MeV的能量交給了原子核，這是變革原子核的獨特手段。另一方面,π吸收過程又與核力相聯繫。按照目前的認識，核力是由核子之間交換玻色子而產生的。所以,原子核將會對π介子有較高的回響。再加，π-N（π介子-核子）系統自鏇和同位鏇都是3/2的Δ33共振態粒子,即Δ(1232)的存在以及它的明顯的同位鏇依賴性質，提供了研究核核心子激發態的直接方法，也為研究核內物質分布提供了新的手段。
K介子是另一類用於研究原子核的介子,它的同位鏇為1/2，但它是奇異粒子，具有奇異數S，K+的S＝1，K- 的S=-1。它們可以通過(K- ，π- )或(π+,K+)等這類奇異交換反應把核內的中子變成帶奇異數的重子(如Λ或Σ超子)，形成超核。(K- ,π- )反應已成為目前產生超核的主要手段。在低能區，K+－N系統沒有共振,其總截面僅約10mb,這相當於K+ 在核物質中的平均自由程λ
≈5～7fm，正因為這種相對弱的相互作用，K+介子又被叫做強作用物理的“電子”。期望K+介子成為探測原子核的內部區域中子分布的有用工具。 μ- 子是只有電磁作用的“重電子”，它的質量是電子的 207倍。它在原子核外的軌道半徑是電子在核外軌道半徑的1/207，從它上面去“看”原子核,將會清楚得多（見μ-子原子）。
20世紀60年代初，人們定性地認識到介子的這些特性有可能用於原子核研究，並開始了先驅性的實驗，發現了一系列新現象。以後相繼建立了一些專門產生 π介子和μ- 子的強流質子加速器，稱為介子工廠。介子工廠的建立並投入運轉，標誌著π、μ 物理的“工業革命”。
介子與原子核的相互作用按其反應類型可分成如下幾種。
彈性和非彈性散射 入射的介子與核碰撞後，原子核仍處於基態或低激發態，前者稱為彈性散射，後者稱為非彈性散射。低能π介子以及 K+在核中的平均自由程較大，人們期望通過介子－核散射的分析得到核內物質分布的信息。當入射π介子的能量在 195MeV附近，由於π-N系統的Δ33共振以及它的同位鏇依賴性,可望通過彈性及非彈性散射過程得以了解核內中子分布，原子核的激發方式以及Δ粒子在核中的形成和傳播等重要知識。
電荷交換反應及奇異交換反應 因為有三種電荷的π介子,就有可能用π介子將核中的一個或兩個中子(或質子)變成質子(或中子)，這就是π介子的電荷交換反應。當π介子僅使核中的核子改變了電荷狀態,而空間及自鏇狀態保持不變，這就形成了同位鏇相似態。實驗中用這種方法已在許多核上發現了同位鏇相似態躍遷。用這種反應也發現了一些巨共振（見巨多極共振）。由於 K介子是奇異粒子，它可以通過奇異交換反應將奇異數交換給核子,從而產生包含奇異粒子的新的核物質形態。例如，(K- ,π- )反應是目前產生Λ及∑超核的主要途徑。(π+,K+)是另一類產生超核的反應，它是將核中的中子變成S=-1的Λ粒子,而π+變成S=1的K+介子飛出核外。這些都是介子核物理中特有的反應方式。
介子－核吸收 吸收是指介子把它的總能量（包括其靜止質量）一併交給了原子核,π介子可以被兩個以上的核子吸收。人們期望介子的核吸收能給出核核心子關聯的知識。然而,目前仍然沒有透徹地認識π介子吸收的機制,還不能用它來研究核結構。由於π核吸收的截面很大，甚至可以大到π核非彈性碰撞截面的一半，所以，π核吸收的深入研究是定量地認識到有 π介子－核反應過程的一個關鍵。
雖然K介子也可以被核吸收,但由於它是帶奇異數的粒子，被核吸收以後，一定要將它的奇異數交給核中的核子，把核子變成帶奇異數的重子，如Λ、∑ 等。例如，K- pn→p∑- 以及KPP→n∑+（或pΛ）等過程。
