介子是自旋为
整数、
重子数为零的强子,参与
强相互作用。介子类包括带正负电的以及中性的π介子;带正负电的以及中性的
κ介子;以及发现的η介子。介子的静态质量介于
轻子和
重子之间,所以取名为介子,介子的
自旋量子数为零。
1935年,日本科学家
汤川秀树(Yukawa Hideki,1907-1981)(右图)提出了“交换粒子”的概念,作为新相互作用理论的基本概念。他认为,这种交换粒子的质量介于电子和质子之间,约为电子质量的250倍左右,质子质量的1/7,他预言的这种粒子后来被称为介子。1947年,英国的鲍威尔(Cecil Frank Powell,1903-1969)等人创造了将核乳胶用气球送到高层空间去记录宇宙线的方法,在玻利维亚安第斯山地区从宇宙射线中发现了汤川秀树1930年所预言的π介子,质量约为电子质量273倍,它与原子核之间有很强的相互作用,称为带电π介子。π介子存在的时间仅有两亿分之二点五秒,之后便分裂为μ介子,μ介子存在时间相对较长,为百万分之一秒,并以每秒钟上万公里的速度飞行。
1949年,
诺贝尔物理学奖授予日本物理学家
汤川秀树,以表彰他“根据核力的理论工作预测介子的存在”。1950年,诺贝尔物理学奖授予英国布利斯托尔大学的鲍威尔(Cecil Frank Powell ,1903-1969),以表彰他发现了研究核过程中所使用的
光学方法,并用这一方法作出的有关介子的发现。
Mesotron 原来发现与在
宇宙里的一个
质点(Particie):它的
质量比
电子多二百倍左右,或有阳性电,阴性电,中性电,传导固结原子的各种力。
介子的发现是从
核力的研究开始的。两个荷电粒子间的力是由
场引起的。从
波粒二象性的观点,电磁场是
光子。因此,两个荷电粒子之间的作用力是通过
光子的交换来实现的。可以这样设想:第一个荷电粒子放出
光子被第二个吸收,而第一个荷电粒子的作用和光子同时传到第二个
粒子;第二个荷电粒子也放出光子被第一个吸收,如此继续下去。把这种观点应用到
核子之间的作用力上去,根据实验测得的
核力强度,计算的结果表明,如果核力是由于核子之间交换粒子而产生的话,那么这种粒子的
静止质量的大小约为电子静止质量的200到300倍。1947年从
宇宙射线发现的
π介子符合这种要求。
不属于
基本粒子,包括
π介子、
K介子、
ρ介子、ω介子、...(0、1、2)倍,即都是
玻色子。介子都不能稳定存在,经历一定平均寿命后即转变为别种基本粒子。有的介子是荷电的,也有中性的。例如
π介子有三种,π+和π-
质量为
电子的273.3倍,
电荷相反,互为正、
反粒子,而π°是中性的,质量为电子的264.3倍,其
反粒子就是它自身。荷电K介子K+和K-互为正、反
粒子,质量为966.7mc;中性K介子K,互为正、反粒子,质量为976mc。中性K介子在运动时有两种组合态。π、K、n介子的
自旋都是零,有时称为标介子。通过
核力的研究预言介子的存在,并推测它的质量介于电子与
质子之间。后来在宇宙线中先后发现了μ和
π介子,
μ介子的质量为电子的206.6倍,如今被正式命名为
μ子,不归入介子而归入
轻子一类,而π介子才是核力的
媒介。在
高能加速器中使粒子相互碰撞,新的介子(
共振态)续有发现。