パイオン

3種類のパイ中間子

パイ中間子には、π⁺ 、π^– 、π⁰ の3種類がある。 πの上の＋、-、0は、単にパイ中間子の電荷を意味する。π⁺ は1つのアップクォークと1つのダウンアンチクォークでできている。π^- は1つのダウンクォークと1つのアップアンチクォークでできている。反粒子は逆の電荷を持つので、アップクォークは+2/3の電荷を持ち、ダウンアンチクォーク(通常のダウンクォークは-1/3の電荷)は+1/3の電荷を持っているのでπ⁺ は正である。π^–0 は1つのアップクォークと1つのアップアンチクォーク、または1つのダウンクォークと1つのダウンアンチクォークで形成されることができる。

フォースキャリア

フォースキャリアとは、電磁気学などの力をつかさどる粒子のこと。光子が電磁気力を担うように、中間子は核子間で起こる低エネルギーの強い力の相互作用の一部を担っていると考えられている。(強い力は核力とも呼ばれる）。さらに小さなレベルでは、グルーオンがクォーク間の強い力の相互作用に関与していると考えられている。しかし、パイ中間子は最も軽いクォーク（上と下）からできているので、最も軽い中間子となる。このことは、（π⁰ を除いて）パイ中間子が最も長寿命の中間子であることを意味する。しかし、他の中間子と同様に、いずれは崩壊、あるいは分解する。

パイ中間子崩壊

パイ中間子の崩壊は常に電子のようなレプトンを生成する。π⁺ は通常、1個のミューオンと1個のミューニュートリノに崩壊する。π^– は通常、1個の反ミューオンと1個のミューオン反ニュートリノに崩壊する。中性パイ中間子-π⁰ -は、通常2個の高エネルギー光子に崩壊する。

パイ中間子崩壊の他の形態

しかし、いくつかのパイ中間子は異なる形に崩壊する可能性があるため、ある程度の確率（<.1%から1.2%）で関与している。π⁺ については，2番目に可能性の高い崩壊生成物は陽電子（反電子）1個と電子ニュートリノ1個です。π^– は、1個の電子と1個の電子反ニュートリノに崩壊することもある。π⁰ は時々、1個の高エネルギー光子、1個の電子、1個の陽電子に崩壊する。(陽電子と電子は互いに対消滅することができ、この対消滅によって高エネルギー光子が生成されることに留意してください）。

弱い力による減衰

パイ中間子の崩壊は弱い力によるものなので、さらに別の力のキャリアが導入される。崩壊の間、W⁺ ボゾンが作られ、それは3x10⁻²⁵ 秒間続く。この信じられないほど短い時間の後、W⁺ ボゾンは、パイ中間子が自然に崩壊するレプトンに崩壊する。しかし、この区別をすることは、弱い力を含むので重要である。