МЮОНИЙ

МЮОНИЙ частица, состоящая из положительного
мюона
(+)
и электрона (е-). Обозначается+e-
или Mu. Гипотеза о существовании M. была выдвинута в 1957 одновременно
Л. Д. Ландау и А. Саламом. Строение M. аналогично атому водорода,
от к-poгo M. отличается заменой протона на+.
М. образуется при торможении⁺
в веществе. При этом⁺
присоединяет к себе электрон из оболочки атома, а атом становится положит,
ионом. Напр.,⁺ + Xe ->⁺е-
+ Xe⁺. Время жизни M. t = 2,2-10^-6 сек; оно
определяется временем жизни+.

Поскольку⁺
и е- обладают собственными магнитными моментами (спинами), то в
M. их спины могут быть направлены либо параллельно, либо антипараллельно
друг другу. Энергия двух таких состояний различается на величину 2-10^-5эв
и между ними возможны квантовые переходы с излучением электромагнитных
волн частотой 4463,16 Мгц. Наблюдение этих переходов и сравнение
измеренной частоты излучения с теоретически предсказываемой является одним
из самых точных методов проверки уравнений квантовой электродинамики.

Три четверти атомов M. образуется в состоянии
с параллельными спинами⁺
и е-. Магнитный момент этих атомов M. примерно в 200 раз превышает магнитный
момент⁺ мезона, а частота
прецессии такой системы в магнитном поле в 100 раз превышает частоту прецессии
свободного⁺. С такой же
частотой меняется направление вылета позитронов, образующихся при распаде⁺,
входящего в состав M. (⁺->e⁺+vv).
Это явление используют для наблюдения M. и исследования различных хим.
реакций с участием водорода. Так как M. можно рассматривать как лёгкий
изотоп водорода, то в таких исследованиях он играет роль "меченого" атома
водорода, за движением к-рого можно следить, наблюдая прецессию его спина
в магнитном поле. Если M., подобно атому водорода, вступает в хим. реакцию,
то связь между спинами мюона⁺
и электрона е- "разрывается" и вместо частоты прецессии M. наблюдается
частота прецессии свободного⁺.
Таким способом удалось измерить скорости протекания многих хим. реакций
атомарного водорода с различными веществами.

Лит.: X ь ю з В., Мюоний, "Успехи
физических наук", 1968, т. 95, в. 3; Гольд а н с к и и В. И., Ф и P с о
в В. Г., Химия новых атомов, "Успехи химии", 1971, т. 40, в. 8. Л. И.
Пономарев.



MЮOHЫ (старое название --мезоны),
нестабильные элементарные частицы со спином 1/2, временем
жизни 2,2·10^-6 сек и массой, приблизительно в 207 раз
превышающей массу электрона. Существуют положительно заряженные (⁺)
и отрицательно заряженные (^-)
M., являющиеся частицей и античастицей по отношению друг к другу.
M. относятся к классу лептонов, т. е. участвуют в электромагнитных
и слабых взаимодействиях и не участвуют в сильных взаимодействиях.

Открытие мюонов и их источники. M. были
впервые обнаружены в космических лучах в 1936 амер. физиками К.
Андерсоном
и
С. Неддермейером. Сначала M. пытались отождествить с частицей, к-рая, согласно
гипотезе япон. физика X. Юкавы, является переносчиком ядерных сил.
Однако такая частица должна была интенсивно взаимодействовать с атомными
ядрами, тогда как опытные данные показывали, что M. слабо взаимодействует
с веществом. Этот "парадокс" был разрешён в 1947 после открытия пи-мезона
(,
обладающего свойствами частицы, предсказанной Юкавой, и распадающегося
на M. и нейтрино.

Осн. источником M. в космич. лучах и на
ускорителях
заряженных частиц высоких энергий является распад-ме-зонов
(пионов), а также К-мезонов (као-нов), интенсивно рождающихся при
столкновениях сильно взаимодействующих частиц (адронов), напр, протонов
(р) с ядрами: (здесь,
- мюонные нейтрино и антинейтрино). Др. источники M.- рождение пар^+-
фотонами
() высоких энергий, электромагнитные
распады мезонов типа->⁺
+^-.
н. лептонные распады гиперонов, напр.°
-> +
+
и т.д.- играют, как правило, значительно меньшую роль.

В космич. лучах на уровне моря M. образуют
осн. компоненту (80%) всех частиц космич. излучения. На совр. ускорителях
заряженных частиц высокой энергии получают пучки M. с интенсивностью 10⁵-10⁶
частиц в се-.

Спин V(1,а), ориентирован против направления своего импульса, а спин
от распадов (1,6) - по направлению импульса. Отсюда на основании законов
сохранения импульса и момента количества движения следует, что спин+,
рождающегося при распаде покоящихся+
или K⁺, направлен против его импульса, а спин
- в направлении импульса (см. рис.).

Образование мюонов+,-
при распадах покоящихся⁺-
и^--мезонов.

Импульсы(соответственно-частиц распада
и⁺ (
и-) равны по величине и направлены
в противоположные стороны. Жирные стрелки указывают направление спинов
(поляризацию) частиц S,
S(S,
S

Поэтому M. в зависимости от кинематич.
условий их образования и энергетич. спектра пионов и каонов оказываются
частично (или полностью) поляризованными в направлении импульса (-)
или против него (⁺).



Взаимодействие мюонов. Слабые взаимодействия
M. вызывают их распад по схеме:

(где е⁺, е- , vvсоответственно); эти распады и определяют "время жизни" M. в вакууме. В
веществе- "живёт" меньше: останавливаясь
в веществе, он притягивается положительно заряженным ядром и образует т.
н. м ю о н н ы и атом, или-меэоатом,-
систему,
состоящую из атомного ядра,- и электронной
оболочки. В мезоатомах благодаря слабому взаимодействию может происходить
процесс захвата- ядром:

-+zA->+

(где Z - заряд ядра). Этот процесс
аналогичен К-захвату электронов ядром и сводится к элементарному
взаимодействию

- +->n
+
(где n - нейтрон). Вероятность захвата-
ядром растёт для лёгких элементов пропорционально Z⁴ и при Z
= 10 сравнивается с вероятностью распада-.
В
тяжёлых элементах "время жизни" останавливающихся-
определяется в основном вероятностью их захвата ядрами и в 20-30 раз меньше
их "времени жизни" в вакууме.

Из-за несохранения пространственной чётности
в
слабом взаимодействии при распаде (2, a) позитроны вылетают преим. в направлении
спина⁺, а электроны в
распаде (2,6)- преим. в направлении, противоположном спину-
(см. рис. к ст. Слабые взаимодействия). Поэтому, изучая асимметрию
вылетов электронов или позитронов в этих распадах, можно определить направления
спинов- и⁺.

Совр. опытные данные показывают, что во
всех известных взаимодействиях M. участвует в точности так же, как электрон
(позитрон), отличаясь от него только своей массой. Это явление наз.
- е-универсалъностью. Вместе с тем M. и электрон отличаются друг от друга
нек-рым внутр. квантовым числом, и такое же различие имеет место
для соответствующих им нейтрино
и vЛептонный заряд). Доказательством этого служит
то, что нейтрино, возникающее вместе с M. (например, при распаде⁺
->⁺ +),
не вызывает при столкновении с нуклонами рождения электрона, а также то,
что не наблюдаются безнейтринные распады+-
->e+- + и+-
-> 2e^+- + е^-+. Одним из возможных объяснений различия
M. и электрона является предположение, что-
иотличаются
от е- и vl = +1, а у- иl
= -1; для их античастиц l имеют противоположные знаки (последние
распады будут запрещены тогда законом сохранения лептонного числа). Существование
- е-универсальности ставит перед теорией элементарных частиц важную и до
сих пор не решённую проблему: поскольку, согласно совр. теории, масса частиц
имеет полевое происхождение, т. е. определяется взаимодействиями, в к-рых
участвует частица, то непонятно, почему электрон и M., обладающие совершенно
одинаковыми взаимодействиями, столь различны по своей массе. Высказывались
гипотезы о наличии у M. "аномальных" взаимодействий (т. е. отсутствующих
у электрона), но экспериментально такие взаимодействия не обнаружены. С
др. стороны, возможно, что различие в массах M. и электрона связано с внутр.
строением лептонов; однако даже сам подход к этой проблеме пока неясен.
Существование M., т. о., представляет одну из интереснейших загадок природы,
и не исключено, что её решение будет связано с открытиями фундаментальной
важности.

С проблемой
- е-универсальности связан также вопрос о возможном существовании др. лептонов
с массой большей, чем у M. Если бы взаимодействия "тяжёлых" лептонов оказались
такими же, как у и е, то нек-рые
их свойства (в частности, время жизни и способы распада) можно было бы
предсказать теоретически. Если такие лептоны существуют и масса их больше
0,5 Гэе, то из-за своих свойств они могли оказаться незамеченными в большинстве
проводившихся опытов. Поэтому для поиска "тяжёлых" лептонов необходимы
специальные эксперименты, по-видимому, с нейтрино (или фотонами) высоких
энергий.



Проникающая способность мюонов. Не
обладая сильными взаимодействиями, M. высокой энергии тормозятся в веществе
только за счёт электромагнитных взаимодействий с электронами и ядрами вещества.
До энергий порядка 10¹¹-10¹² эв M. теряют
энергию в основном 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 атомных ядер. T. к. масса M. много больше массы
электрона, то потери энергии быстрых M. на тормозное излучение и рождение
пар значительно меньше, чем потери энергии быстрых электронов на тормозное
излучение (или-квантов на рождение
пар е⁺е-). Эти факторы обусловливают высокую проникающую способность
M. как по сравнению с адронами, так и по сравнению с электронами и-квантами.
В результате M. космич. лучей не только легко проникают через атмосферу
Земли, но и углубляются (в зависимости от их энергии) на довольно значительные
расстояния в грунт. В подземных экспериментах M. космических лучей с энергией
10¹²-10¹³ эв регистрируются на глубине нескольких
км.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я