мюонный атом

МЮОННЫЙ АТОМ (мю-нуклонный атом) - атомо-подобная система Zm, состоящая из атомного ядра и отрицательно заряженного мюона (m^-), к-рая, как правило, содержит ещё неск. электронов. Свойства M. а. подобны свойствам обычного водородоподобного атома с зарядом ядра Z, а некоторые различия обусловлены отличием массы m^- от массы электрона m_е: m_m = 206,769m_е. Поэтому характерные размеры M. а. а_m = ²/m_me²Z 2,6^.10^-11Z^-1 см. Это примерно в 200 раз меньше размеров обычных атомов, и при Z 50 они становятся даже меньше размеров ядра. Напр., радиус ближайшей к ядру орбиты m^- в M. а. свинца почти в 2 раза меньше, чем радиус ядра Pb, т. е. m^- осн. часть времени проводит внутри ядра. Это позволяет использовать свойства M. а. для изучения распределения электрич. заряда по объёму ядра.

В отличие от адронных атомов пребывание m^- в ядре не приводит к исчезновению M. а. (захвату мюона ядром), поскольку мюоны взаимодействуют с нуклонами ядер значительно слабее, чем адроны .Поэтому время жизни M. а. определяется временем жизни свободного мюона t_m = 2,2^.10^-6 с. Однако с увеличением заряда ядра слабое взаимодействие мюона с ядром возрастает. Для лёгких элементов вероятность захвата мюона ядром [Z + m (Z - 1) + v_m] растёт пропорционально Z⁴ и уже при Z 10 сравнивается с вероятностью распада свободного мюона. При больших Z рост вероятности m-захвата замедляется, а при Z = 70-90 время жизни M. а. т ~ 10^-7 с, т. е. примерно в 20 раз меньше t_m.

M. а. образуются при захвате мюонов кулоновским полем ядра Z.При этом из электронной оболочки атома выбивается один или неск. электронов (обычно внешних). M. а. образуются вначале в возбуждённых состояниях и за время порядка 10^-11-10^-13 с переходят в осн. состояние, освобождая энергию в виде рентгеновских и g-квантов или передавая её оже-электронам. Измеряя энергии радиац. переходов в тяжёлых M. а., можно получить информацию о распределении зарядов в ядре, а также о его размерах и форме. Иногда возможны безызлучательные переходы с передачей энергии на возбуждение ядра.

Компактная система Z_m для внеш. электронной оболочки эквивалентна ядру с зарядом Z - 1, т. е. при захвате мюона кулоновским полем к--л. ядра, напр. Ne, образуется M. а. Zm с электронной оболочкой соседнего атома F. Взаимодействие спинов m^- и электрона из оболочки атома фтора в магн. поле позволяет проследить судьбу этого атома и даёт способ измерить абс. скорость хим. реакции изолиров. атома F (см. Me-зонная химия).

Наиб. изучены простейшие M. а., именно M. а. гелия Hem и водорода pm. Радиус орбиты m^- в них сравним с комптоновской длиной волны электрона /m_ec (T. е. в 200 раз меньше радиуса боровской орбиты электрона), поэтому для них эффекты поляризации вакуума

и обусловленный ими лэмбовский сдвиг D весьма значительны (D =1,38 эВ для Hem и D = 0,202 эВ для pm, для атома H D = 0,44·10^-5 эВ).

M. а. изотопов водорода pm, dm и tm отличаются от др. M. а. своей нейтральностью, благодаря к-рой, а также благодаря своей малости они подобно нейтронам свободно проникают сквозь электронные оболочки атомов и при столкновениях с их ядрами участвуют в многочисл. мезоатомных процессах. Особый интерес вызывает совокупность процессов в смеси дейтерия и трития, в к-рой благодаря явлению мюонного катализа один мюон за время жизни t_m может осуществить ~150 реакций синтеза ядер дейтерия и трития по схеме m^-

tm dtm ⁴He + n + m^- + 17,6 МэВ, освободив при этом ок. 150 нейтронов и энергию ~ 2,5 ГэВ.

Лит.: Бархоп Э., Экзотические атомы, пер. с англ., "УФН", 1972, т. 106, с. 527; Ким E., Мезонные атомы и ядерная структура, пер. с англ., M., 1975; Кириллов-Угрюмов В. Г., Никитин Ю. П., Сергеев Ф. M., Атомы и мезоны, M., 1980; Exotic atoms, N. Y.- L., 1980; Бет-ти С. Д ж., Экзотические атомы, "ЭЧАЯ", 1982, т. 13, с. 164.

Л. И. Пономарёв.

   <<      Предметный указатель      >>