Warum wird der Zerfall eines neutralen Pions →→\in die Elektron-Positron-Schleife unterdrückt?

Im Pion-Bezugssystem sind die beiden ausgehenden Leptonen stark verstärkt, daher fallen Helizität und Chiralität fast zusammen. Die Drehimpulserhaltung zwingt sie dazu, entgegengesetzte Spins zu haben, da der Pion-Spin Null ist. Daher haben sie die gleiche Helizität, die in diesem kinematischen Regime aufgrund der Vektornatur der QED-Wechselwirkungen stark unterdrückt ist (siehe zum Beispiel Thomson, Modern Particle Physics, Kapitel 6). Nur meine zwei Cent.

Der schwache Zerfall ist nicht verboten. Du kannst haben$q\overline q \to ZZ \to e^+e^-$Verwenden einer Schleife wie beim EM-Abklingen. Sie brauchen eine Schleife, um den Drehimpuls zu erhalten, weil eine einzelne$Z$oder$\gamma$hat Spin$1$während$\pi^0$hat Spin$0$. Wenn ein EM-Zerfall möglich ist, ist er so viel schneller, dass er dominiert. Das sieht man im Gesamtbild$\pi^0$Zerfallsrate verglichen mit der Zerfallsrate geladener Pionen. Das neutrale Pion zerfällt$10^9$mal schneller, weil es ein EM-Zerfall ist. Die geladenen Pionen müssen schwach zerfallen, da es nichts gibt, in das sie elektromagnetisch zerfallen können.

Durch den Vergleich mit der$\pi^- \rightarrow l^- + \bar{\nu_{l} }$Zerfall, bei dem Lepton und Neutrino die gleiche Helizität haben, aber auch die Helizität unterdrückt wird, da das Lepton massiv ist und Beiträge von links- und rechtshändiger Chiralität enthält. Das Antineutrino hat rechtshändige Chiralität, so dass es am schwachen Austausch teilnimmt.

Der Prozess$\pi^0 \rightarrow e^+e^-$Der Zerfall wird doppelt schwach unterdrückt, da sowohl das Zerfallselektron als auch das Positron die gleiche rechtshändige Helizität haben. An der schwachen Wechselwirkung nehmen nur rechtshändige chirale Antiteilchen und linkshändige chirale Teilchen teil.

Das Elektron und Positron sind nicht masselos, daher enthält diese rechtshändige Helizität auch Beiträge sowohl von links- als auch von rechtshändiger Chiralität. Das neutrale Pion kann elektromagnetisch über Schleifen mit einem Verzweigungsverhältnis von zerfallen$10^{-9}$.