birmaga.ru
добавить свой файл

  1 ... 23 24 25 26
МЮОНЫ (устар. -мезоны), неста­бильные заряж. элем, ч-цы со спином 1/2, временем жизни 2,2•10-6 с и мас­сой, прибл. в 207 раз превышающей массу эл-на (в энергетич. ед. ок. 105,7 МэВ); относятся к классу лепто­нов. Отрицательно заряж. (-) и поло­жительно заряж. (+ ) М. явл. ч-цей и античастицей по отношению друг к другу.


Открытие. М. были впервые обнаружены в косм. лучах (1936—37) амер. физиками К. Андерсоном и С. Неддермейером. Вначале М. пыта­лись отождествить с ч-цей, к-рая, со­гласно гипотезе япон. физика X. Юкавы, явл. переносчиком яд. сил. Однако такая ч-ца должна была бы интенсивно взаимодействовать с ядрами, тогда как опытные данные показывали, что М. слабо взаимодействует с в-вом. Этот «парадокс» был разрешён в 1947 после открытия пи-мезона, обладающего св-вами ч-цы, предсказанной Юкавой, и распадающегося на М. и нейтрино:

pi±±+v(v~).

И с т о ч н и к и. Осн. источником М. в косм. лучах и на ускорителях вы­соких энергий явл. распад pi-мезонов (пионов) и К-мезонов (каонов), интен­сивно рождающихся при столкнове­ниях адронов — протонов с ядрами и др. Другим (слабым) источником М. может быть, напр., процесс рождения пар +- фотонами высоких энергий, распады гиперонов, «очарованных» час­тиц и др. На уровне моря М. образу­ют осн. компоненту (~80%) всех ч-ц косм. излучения. На совр. ускорите­лях высокой энергии получают пучки М. с интенсивностью до 108—109 ч-ц в 1 с.

Спин мюонного нейтрино v, воз­никающего вместе с + при распадах pi+ и К+ , ориентирован против направ­ления импульса v, а спин мюонного антинейтрино v~. от распадов pi- и К- — в направлении импульса v~. Отсюда на основании законов сохра­нения импульса и момента кол-ва движения следует, что спин + , обра­зующегося от распада покоящихся pi+ или К+ , направлен против его им­пульса, а спин - — в направлении импульса. Поэтому М. в зависимости от кинематич. условий их образова­ния и спектра пионов и каонов оказы­ваются частично или полностью поля­ризованными в направлении своего импульса (-) или против него (+).


В з а и м о д е й с т в и е. Слабое взаимодействие М. вызывает их рас­пад по схеме: ± e±+ve(v~e)+v~(v~); эти распады и определяют время жиз­ни М. в вакууме. В в-ве - «живёт» меньше: останавливаясь, он притяги­вается положительно заряж. ядром и образует м ю о н н ы й а т о м (-мезоатом). В мезоатомах благодаря сла­бому вз-ствию может происходить процесс захвата - ядром А: -+ZAZ-1A+v (Z — заряд ядра). Этот процесс аналогичен электронному захвату и сводится к элем. вз-ствию -+pn+v.. Вероятность захвата - ядром растёт для лёгких элементов пропорц. Z4 и при Z~=10 сравнивается с вероятностью распада -. В тяжёлых элементах «время жизни» останавли­вающихся - определяется в осн. ве­роятностью их захвата ядрами и в 20—30 раз меньше времени жизни в вакууме.

Из-за несохранения чётности в сла­бом вз-ствии при распаде +е++ve+v~ наиболее энергичные пози­троны вылетают преим. в направле­нии спина + , а эл-ны в распаде -e-+v~e+v, — преим. в направ­лении, противоположном спину -

(рис.). Т. о., изучая асимметрию вы­летов эл-нов (позитронов) в этих рас­падах, можно определить направле­ние спина -(+).

Опыт показывает, что во всех из­вестных вз-ствиях М. участвует в точ­ности так же, как эл-н, отличаясь от него только массой. Это явление наз. —е-у н и в е р с а л ь н о с т ь ю. Вместе с тем М. и эл-н отличаются друг от друга нек-рым внутр. квант. числом — лептонным зарядом и такое же различие имеется для соответст­вующих им нейтрино. Доказательст­вом этого служит тот факт, что нейтри­но, возникающее вместе с М,, не вызывает при столкновении с нукло­нами рождение эл-на, а также то, что не наблюдаются распады ±е±+ и ± 2е±±.


Существование —е-универсальности ставит перед теорией элем. ч-ц важную и до сих пор не решённую проблему: поскольку принято считать, что масса ч-ц имеет полевое происхож­дение (т. е. определяется вз-ствиями, в к-рых участвует ч-ца), то непонятно, почему эл-н и М., обладающие совер­шенно одинаковыми вз-ствиями, столь различны по своей массе. С проблемой



Распады покоящих­ся + - и --мезонов. Жирные стрелки указывают направление спи­нов s (поляриза­цию) ч-ц распада; p — импульсы со­ответствующих ч-ц.

—е-универсальности связан также вопрос о возможном существовании др. лептонов с массой, большей, чем у М. В 1975—76 в опытах на встреч­ных е+е--пучках был открыт один из таких заряж. лептонов — -лептон (+, -) с массой ок. 1,8 ГэВ (см. Тяжёлый лептон).

П р о н и к а ю щ а я с п о с о б н о с т ь м ю о н о в. М. высокой энергии тормозятся в в-ве за счёт эл.-магн. вз-ствия с эл-нами и ядрами в-ва. До энергии ~1011—1012 эВ М. теряют энергию в осн. на ионизацию атомов среды, а при более высоких энергиях становятся существенными потери энергии за счёт рождения электрон-позитронных пар, испускания -квантов тормозного излучения и расщепле­ния ат. ядер. Т. к. масса М. много больше массы эл-на, то потери энергии быстрых М. на процессы тормозного излучения и рождения пар значитель­но меньше, чем потери энергии быст­рых эл-нов (на тормозное излучение) или -квантов (на рождение пар е+е-). Эти факторы обусловливают высокую проникающую способность М. как по сравнению с адронами, так и по срав­нению с эл-нами и -квантами. В ре­зультате М. косм. лучей не только легко проникают через атмосферу Зем­ли, но и углубляются (в зависимости от их энергии) на значит. расстояния в грунт. В подземных экспериментах М. космических лучей с энергией 1012— 1013 эВ регистрируются на глубине не­скольких км.


П о в е д е н и е м ю о н о в, о с т а н а в л и в а ю щ и х с я в в е щ е с т в е. Медленные М., теряя энер­гию на ионизацию атомов, могут ос­танавливаться в в-ве. При этом + в большинстве в-в присоединяет к себе ат. эл-н, образуя систему, аналогич­ную атому водорода,— т. н. мюоний, к-рый может вступать в такие же хим. реакции, как и атом водорода. Отрицат. М., останавливающиеся в в-ве, обра­зуют -мезоатомы, боровский радиус к-рых в (m/me)Z раз меньше, чем у ато­ма водорода, где mмасса М., me— масса эл-на. Мезоатомы возникают в возбуждённых состояниях, а затем, испуская последовательно -кванты или передавая энергию ат. эл-нам, переходят в осн. состояние. Измеряя энергию -квантов, можно получить сведения о размерах ядер, распреде­лении электрич. заряда в ядре и др. хар-ках ядра. В мезоатомах с тяжё­лыми ядрами наблюдаются безрадиац. переходы мюонов в осн. состояние, сопровождающиеся возбуждением (в т. ч. делением) ядер. Своеобразно поведение в в-ве мезоатомов водорода и его изотопов — дейтерия, трития (см. Мюонный катализ). См. также Мезо­атом, Мезонная химия.

• Вайсенберг А. О., Мю-мезон, М., 1964 (Современные проблемы физики); Б у г а е в Э. В., Котов Ю. Д., Розенталь И. Л., Космические мюоны и нейт­рино, М., 1970; Зельдович Я. Б., Г е р ш т е й н С. С., Ядерные реакции в холодном водороде, «УФН», 1960, т. 71, в. 4.

С. С. Герштейн,

442


<< предыдущая страница