Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Мюоны

Мюоны (далее М) (старое название - m-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 (m+) и отрицательно заряженные (m-) М, являющиеся частицей и античастицей по отношению друг к другу. М относятся к классу лептонов, т. е. участвуют в электромагнитных и слабых взаимодействиях и не участвуют в сильных взаимодействиях.

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

Основным источником М в космических лучах и на ускорителях заряженных частиц высоких энергий является распад p-мезонов (пионов), а также К-мезонов (каонов), интенсивно рождающихся при столкновениях сильно взаимодействующих частиц (адронов), например протонов (р) с ядрами:

  p+(+) ® m+ + nm,      (1, а)



(здесь nm,  - мюонные нейтрино и антинейтрино). Др. источники М - рождение пар m+m- фотонами (g) высоких энергий, электромагнитные распады мезонов типа  r ® m+ + m-, так называемые лептонные распады гиперонов, например L° ® р + m + nm и т. д. - играют, как правило, значительно меньшую роль.

  В космических лучах на уровне моря М образуют основную компоненту (~80%) всех частиц космического излучения. На современных ускорителях заряженных частиц высокой энергии получают пучки М с интенсивностью 105-106 частиц в сек.

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

  Поэтому М в зависимости от кинематических условий их образования и энергетического спектра пионов и каонов оказываются частично (или полностью) поляризованными в направлении импульса (m-) или против него (m+).

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



(где е+, е-, ne,  - позитрон, электрон, электронные нейтрино и антинейтрино соответственно); эти распады и определяют "время жизни" М в вакууме. В веществе m- "живет" меньше: останавливаясь в веществе, он притягивается положительно заряженным ядром и образует так называемый мюонный или m-мезоатом, - систему, состоящую из ядра, m- и электронной оболочки. В мезоатомах благодаря слабому взаимодействию может происходить процесс захвата m- ядром:

  m- + ZA ® Z-1 + nm

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

  m- + p ® n + nm

(где n - нейтрон). Вероятность захвата m- ядром растет для легких элементов пропорционально Z4 и при Z " 10 сравнивается с вероятностью распада m-. В тяжелых элементах "время жизни" останавливающихся m- определяется в основном вероятностью их захвата ядрами и в 20-30 раз меньше их "времени жизни" в вакууме.

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

  Современные опытные данные показывают, что во всех известных взаимодействиях М участвует в точности так же, как электрон (позитрон), отличаясь от него только своей массой. Это явление называется m - е-универсальностью. Вместе с тем М и электрон отличаются друг от друга некоторым внутренним квантовым числом, и такое же различие имеет место для соответствующих им нейтрино nm и ne (см. Лептонный заряд). Доказательством этого служит то, что нейтрино, возникающее вместе с М (например, при распаде p+ ® m+ + nm), не вызывает при столкновении с нуклонами рождения электрона, а также то, что не наблюдаются безнейтринные распады



Одним из возможных объяснений различия М и электрона является предположение, что m- и nm отличаются от е- и ne лептонным зарядом (числом) l: у е- и ne l = +1, a y m- и nm = -1; для их античастиц l имеют противоположные знаки (последние распады будут запрещены тогда законом сохранения лептонного числа). Существование m - е-универсальности ставит перед теорией элементарных частиц важную и до сих пор не решенную проблему: поскольку, согласно современной теории, масса частиц имеет полевое происхождение, т. е. определяется взаимодействиями, в которых участвует частица, то непонятно, почему электрон и М, обладающие совершенно одинаковыми взаимодействиями, столь различны по своей массе. Высказывались гипотезы о наличии у М "аномальных" взаимодействий (т. е. отсутствующих у электрона), но экспериментально такие взаимодействия не обнаружены. С др. стороны, возможно, что различие в массах М и электрона связано с внутренним строением лептонов; однако даже сам подход к этой проблеме пока неясен. Существование М, т. о., представляет одну из интереснейших загадок природы, и не исключено, что ее решение будет связано с открытиями фундаментальной важности.

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

  Проникающая способность мюонов. Не обладая сильными взаимодействиями, М высокой энергии тормозятся в веществе только за счет электромагнитных взаимодействий с электронами и ядрами вещества. До энергий порядка 1011-1012эв М теряют энергию в основном на ионизацию среды, а при более высоких энергиях становятся существенными потери энергии за счет рождения электрон-позитронных пар, испускания g-квантов тормозного излучения и расщепления ядер. Т. к. масса М много больше массы электрона, то потери энергии быстрых М на тормозное излучение и рождение пар значительно меньше, чем потери энергии быстрых электронов на тормозное излучение (или g-квантов на рождение пар е+е-). Эти факторы обусловливают высокую проникающую способность М как по сравнению с адронами, так и по сравнению с электронами и g-квантами. В результате М космических 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 М космических лучей с энергией 1012-1013 эв регистрируются на глубине нескольких км.

  М, останавливающиеся в веществе. Медленные М, теряя энергию на ионизацию могут останавливаться в веществе. При этом m+ в большинстве веществ присоединяет к себе электрон, образуя систему, аналогичную - так называемый мюоний. Мюоний может вступать в реакции, аналогичные реакциям Из-за взаимодействия с моментами электронов вещества m+ (спин которого первоначально был направлен в сторону, противоположную направлению его влета в вещество) частично теряет свою поляризацию. Об этом можно судить по изменению асимметрии вылета позитронов от распада (2, а). Изучая процесс деполяризации m+ в веществе в присутствии внешних полей, удается установить, в какие реакции вступает мюоний, и определить скорость протекания этих реакций. В последние годы возникло новое направление исследований свойств вещества и реакций с помощью положительных М - так называемая мюонов.

  Отрицательные М, останавливающиеся в веществе, как уже отмечалось, могут образовывать мюонные мезоатомы. Боровский радиус мюонного мезоатома равен



где mm и е - масса и заряд М, Z - заряд ядра,  - постоянная Планка. Эта величина в (mm/me) Z раз меньше боровского радиуса (me - масса электрона). Поэтому мюонные "орбиты", отвечающие нижним энергетическим уровням мезоатома, расположены значительно ближе к ядру, чем электронные. При Z " 30-40 размеры мюонных "орбит" сравниваются с размерами ядер и распределение электрического заряда в ядре сильно сказывается на энергии низшего состояния мезоатома. Расстояние между уровнями энергии мезоатомов при этом в mm/me " 207 раз больше, чем для соответствующего (с ядром заряда Z) и могут составлять десятки и сотни кэв, а для тяжелых элементов даже несколько Мэв.

  Первоначально мюонные мезоатомы возникают в возбужденных состояниях, а затем, испуская последовательно g-кванты или передавая энергию электронам, переходят в основное состояние. Измеряя энергию g-квантов, испускаемых при переходах между уровнями мезоатомов, можно получить сведения о размерах ядер, распределении электрического заряда в ядре и др. характеристиках ядра.

  Весьма своеобразно поведение в веществе мезоатомов и его изотопов (дейтерия, трития). Единичный положительный заряд ядра в этих мезоатомах полностью "экранируется" зарядом отрицательного М Поэтому такая система, обладая размерами порядка 2×10-11 см, ведет себя в веществе, подобно медленному нейтрону: "свободно" проникает через электронные оболочки и способна подходить на близкие расстояния к др. ядрам. Это обусловливает возможность протекания ряда специфических явлений; в частности, мезоатомы или дейтерия могут присоединить к себе еще одно ядро и образовать мезонные молекулы ррm, dpm или ddm, аналогичные молекулярным ионам 2+, HD+ или D2+ (d - ядро дейтерия, дейтрон). Ядра в таких молекулах, находясь на малых расстояниях друг от друга, способны вступать в ядерные реакции синтеза d + р ® 3 + g или d + d ® 3 + n, d + d ® Т + р. протекающие с выделением энергии (Т - ядро трития). После акта реакции m- часто оказывается освобожденным от связи с ядром, а затем, последовательно образуя мюонные мезоатом и мезомолекулу, может вызвать новую реакцию синтеза и т. д., т. е. действует как катализатор ядерных реакций. Однако для практического получения энергии ядерного синтеза катализ ядерных реакций с помощью m- не может быть использован, так как число ядерных реакций, вызываемых М за время его жизни, оказывается небольшим.

  Лит.: Вайсенберг А. О., Мю-мезон, М, 1964 (Современные проблемы физики); Бугаев Э. В., Котов Ю. Д., Розенталь И. Л., Космические мюоны и нейтрино, М, 1970; Зельдович Я. Б., Герштейн С. С., Ядерные реакции в холодном "Успехи физических наук", 1960, т. 71, в. 4, с. 581.

  С. С. Герштейн.

 Образование мюонов m,+, m- при распадах покоящихся p+- и p--мезонов. Импульсы pvm, рm+ (соответственно pnm pm-) частиц распада nm и m + + (nm и m-) равны по величине и направлены в противоположные стороны. Жирные стрелки указывают направление спинов (поляризацию) частиц svm, sm+, (svm+, sm-).
 Образование мюонов m,+, m- при распадах покоящихся p+- и p--мезонов. Импульсы pvm, рm+ (соответственно pnm pm-) частиц распада nm и m + + (nm и m-) равны по величине и направлены в противоположные стороны. Жирные стрелки указывают направление спинов (поляризацию) частиц svm, sm+, (svm+, sm-).


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 20.01.2022 22:44:45
22:26 Россия назвала НАТО инструментом прошлого века
22:24 Новый пакет санкций США против России назвали отголоском гибридной войны
22:22 США обсудили помощь Украине с «Бухарестской девяткой»
22:14 Владелец дома на месте убийств секты Мэнсона захотел избавиться от жилья
22:13 Россия и Китай заблокировали санкции против пяти лиц за связи с Северной Кореей
22:06 Пеле потребовалась химиотерапия
21:59 Европейская страна ввела обязательную вакцинацию от коронавируса
21:56 Москву накроет двухдневный снегопад
21:51 В России заявили о самостоятельной изоляции Евросоюза от диалога по безопасности
21:45 В НАТО пригрозили России «высокой ценой» при эскалации на Украине
21:00 Раскрыта связь между трусами и возрастом женщины
20:06 Apple призвала срочно обновить iPhone
Больше новостей
СегодняБывший СССР «В местной элите идет борьба» Кто стоял за массовыми протестами в Казахстане и могут ли они захлестнуть всю Среднюю Азию
СегодняЭкономика Центробанк предложил запретить криптовалюты в России. Что будет с биткоинами россиян и причем тут ФСБ?
СегодняМир «Они заплатят за это» Джо Байден пообещал России катастрофу и невиданные санкции в случае военного вторжения на Украину
21:34 В Приднестровье заявили об отсутствии манипуляций с российским газом
21:25 Украина решила участвовать в сертификации «Северного потока-2»
21:06 Государственный департамент США опроверг гарантии о нерасширении НАТО на Восток
СегодняЦенности «Я хотела преподать урок олигарху» Как разводятся богатейшие люди планеты?
СегодняРоссия «Это для нас с мужем стало ударом» Один из тысячи детей рождается с неизлечимой болезнью. Как им помочь в России?
20:37 Возлюбленные поехали отдыхать в Мексику и были жестоко убиты во время отпуска
20:36 Мясников предостерег от посещения больниц во время пандемии
22:17 Несколько десятков мертвых кошек обнаружили на частном участке в Подмосковье
СегодняКультура Сначала было тело. В прокате — победившая на фестивале в Венеции драма про подпольный аборт. Почему ее стоит смотреть?
Сегодня69-я параллель Во льдах Арктики появится первая за много лет научная платформа. Как она изменит будущее российского Севера?
20:33 Названы затраты на подготовку российских спортсменов к Олимпиаде
21:41 Акции «Обуви России» обвалились
21:37 ООН назвала ожидания от предстоящей встречи Лаврова и Блинкена
Сегодня69-я параллель «Еда закончится, и они захотят вас съесть» Почему белые медведи бегут с Аляски в Россию? Отвечает ученый
СегодняНаука и техника Вот это доставляет. Как технологии изменили жизнь людей всего за один год
21:35 Архивное фото полуголой москвички с младенцем заставило россиян поспорить
21:25 Дочь Трампа пригласили к «добровольному» сотрудничеству со следствием
21:23 Украинская полиция опровергла сообщения о минировании офиса Зеленского
19 января 2022Экономика Неуловимый Чжао. Как бывший работник «Макдоналдса» заработал миллиарды на криптовалюте и стал богатейшим человеком Азии
19 января 2022Россия Где в Москве встретить роботов. Как роботы развлекают взрослых и детей в общественных местах и помогают им
21:17 Центробанк в ближайшее время представит обновленную банкноту 100 рублей
21:13 На Украине захотели построить космодром
21:12 Главный тренер «Динамо» прокомментировал дубль Смолова
СегодняНаука и техника Партнерский материалЧетвертый по алфавиту, но главный по значению. Все, что вам нужно знать о витамине D
19 января 2022Россия «Природа решила поставить нас на место» Чем опасен омикрон-штамм и чего ждать от него России — отвечает генетик
21:11 На Украине назвали санкции США политическим террором
21:10 Тихановская выпустила заявление о референдуме в Белоруссии
21:06 Байден назвал российской угрозой «маленьких человечков в зеленой форме»
19 января 2022Силовые структуры Щедрый гангстер. Как самый дерзкий и успешный грабитель Урала воровал миллионы и помогал сиротам
19 января 2022Спорт «Мне нравится быть секс-символом» Туктамышева — самая яркая фигуристка России. Почему она вновь пропускает Олимпиаду?
20:57 В Молдавии назвали способ выйти из газовых кризисов
20:52 Российский академик ответил на вопрос об окончании пандемии из-за омикрона
20:46 Первый полет российского самолета «Байкал» состоится в январе
19 января 2022Из жизни «Мороз — не самая большая проблема» История семьи из Индии, которая перебралась в Россию и полюбила ее, несмотря на холод
18 января 2022Россия «Ты просто не знаешь, на что они способны» Две медсестры сургутской больницы покончили с собой. Кто виноват в их смерти?
20:34 Курс биткоина вырос после «репрессий» в России
20:31 Никас Сафронов рассказал о вызванных соседством с Бондарчуком неудобствах
20:28 В МВД рассказали о деле задержанного замминистра транспорта России Токарева
18 января 2022Бывший СССР «Это не страшно, это смешно» Зеленский решил устранить главного конкурента. Как дело Порошенко изменит политику Украины?
18 января 2022Наука и техника «Число танков, орудий, трупов — огромно» Как Красной армии удалось прорвать блокаду Ленинграда
20:17 Два бездомных до смерти избили москвича в подъезде жилого дома
20:12 Пожизненно осужденный россиянин сознался в совершенной в 1998 году серии убийств
20:10 ВГТРК оштрафовали из-за БДСМ-сессии в эфире программы «60 минут»
18 января 2022Культура Биба и Боба. «Звездные войны» превратили в криминальный боевик. Что из этого получилось?
18 января 2022Россия «Боль такая, что невозможно вздохнуть» Свету спасет срочная операция. Ей нужна ваша помощь
20:05 Девушка потратила пять миллионов рублей ради внешности Барби
20:00 Мужчина на 67 лет отказался от мытья из-за страха быть убитым
19:56 Байден рассказал о последствиях эскалации конфликта на Украине
17 января 2022Россия «У тебя это как будто на лбу написано» Истории россиян, которые живут с психическими расстройствами
17 января 2022Путешествия «На рынках покупают и рыбу, и женщин» Россиянин провел отпуск в Мексике. Чем его удивила латиноамериканская страна?
19:54 «Челси» попытался выкупить собственного футболиста из аренды и потерпел неудачу
19:53 Стало известно об искалечивших полсотни пациентов врачах в роддоме на Кавказе
19:48 Законодатели США назвали республики Донбасса террористическими организациями
СегодняЭкономика Партнерский материалСбер в помощь. Банк поможет клиентам работать в поле 115-ФЗ
19:48 В США представили проект новых санкций против России
19:46 Литва решила снести Дом Москвы
19:44 Врач назвал способы борьбы с опасным последствием коронавируса
19:43 Идрак Мирзализаде продал на аукционе аннулированный российский вид на жительство
19:40 Врач ознакомился с историей болезней Ленина
19:38 Toyota остановила работу на ключевом заводе
19:38 Эрдоган предложил организовать встречу Путина и Зеленского «с глазу на глаз»
19:36 У подмосковного полицейского нашли весы и наркотики
19:34 Украинский Bayraktar заметили над Черным морем
19:33 Для съемок фильма Тома Круза в космосе построят первую киностудию и спортзал
19:31 19-летняя летчица в одиночку облетела земной шар и установила мировой рекорд
19:23 Названы имена владельцев самых дорогих квартир в Москве
19:17 Брошенная женихом за два дня до свадьбы женщина вышла замуж за кинжал
19:13 ООН осудила отрицание холокоста
19:12 Российский фондовый рынок закрылся ростом
19:07 Иммунолог назвал наиболее защищенную от омикрона категорию россиян
19:06 Секс физрука и российской школьницы в машине заинтересовал следователей
19:01 Кофе связали с низким риском развития рака матки
19:01 Модель рассказала о пристрастиях основателя Playboy и оргиях в его особняке
18:59 Замглавы депздрава Ивановской области арестовали за мошенничество
18:57 Арендаторы украли ванну и поселили тараканов в квартире россиянки
18:57 В Киеве осудили политическое преследование Порошенко
18:56 В столичном СИЗО найден повешенным подследственный из Узбекистана
18:53 Вассерман высказался об оголяющихся на фоне храмов и мечетей блогерах
18:52 ФСБ рассказала о поимке фигурантов дела о «посольском кокаине»
18:51 Вагнер Лав перешел в новый клуб
18:41 От взрывов в Колумбии погибли три человека
18:40 «Росатом» подписал соглашение о поставке энергии на месторождение в Якутии
18:36 Путин присвоил главе «Газпрома» звание Героя труда
18:29 Итальянский принц решил засудить любовницу из Белоруссии за вымогательство денег
18:26 «Молдовагаз» рассчиталась за газ после предупреждения «Газпрома»
18:25 Назначена дата референдума по новой конституции Белоруссии
18:25 Россиянин после убийства расчленил свою мать и вынес останки в мусор
18:23 Смолов оформил дубль за «Динамо» в первом матче после возвращения
18:20 Капитан ФСБ зарегистрировал в своей московской квартире сотни людей
18:18 Названа минимальная стоимость аренды жилья в Москве