МЮОНЫ


МЮОНЫ
МЮОНЫ

       
(устар. m-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. (m-) и положительно заряж. (m+ ) 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±®m±+vm(v=m).
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 m+m- 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 vm, возникающего вместе с m+ при распадах pi+ и К+ , ориентирован против направления импульса vm, а спин мюонного антинейтрино v=m. от распадов pi- и К- — в направлении импульса v=m. Отсюда на основании законов сохранения импульса и момента кол-ва движения следует, что спин m+ , образующегося от распада покоящихся pi+ или К+ , направлен против его импульса, а спин m- — 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 (m-) или против него (m+).
В з а и м о д е й с т в и е.
Слабое взаимодействие М. вызывает их распад по схеме: m± ®e±+ve(v=e)+v=m(v=m); эти распады и определяют время жизни М. в вакууме. В в-ве m- «живёт» меньше: останавливаясь, он притягивается положительно заряж. ядром и образует м ю о н н ы й а т о м (m-мезоатом). В мезоатомах благодаря слабому вз-ствию может происходить процесс захвата m- ядром А: m-+ZA®Z-1A+vm (Z — заряд ядра). Этот процесс аналогичен электронному захвату и сводится к элем. вз-ствию m-+p®n+vm.. Вероятность захвата m- ядром растёт для лёгких элементов пропорц. Z4 и при Z==10 сравнивается с вероятностью распада m-. В тяжёлых элементах «время жизни» останавливающихся m- 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 m+®е++ve+v=m наиболее энергичные позитроны вылетают преим. в направлении спина m+ , а эл-ны в распаде m-®e-+v=e+vm, — преим. в направлении, противоположном спину m- (рис.). Т. о., изучая асимметрию вылетов эл-нов (позитронов) в этих распадах, можно определить направление спина m-(m+).
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. m—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 m±®е±+g и m± ®2е±+е±.
МЮОНЫ
Распады покоящихся p+ - и p--мезонов. Жирные стрелки указывают направление спинов s (поляризацию) ч-ц распада; p — импульсы соответствующих ч-ц.
Существование m—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 m—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 — t-лептон (t+, t-) 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 g-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 g-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 g-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 m+ 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 m-мезоатомы, боровский радиус к-рых в (mm/me)Z раз меньше, чем у атома водорода, где mm — масса М., me— масса эл-на. Мезоатомы возникают в возбуждённых состояниях, а затем, испуская последовательно g-кванты или передавая энергию ат. эл-нам, переходят в осн. состояние. Измеряя энергию g-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 (см. МЕЗОАТОМ, МЕЗОННАЯ ХИМИЯ).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

МЮОНЫ

(устар. мюмезоны; m)-заряженные элементарные частицы со спином 1/2. временем жизни 2,2.10-6 с, массой, приблизительно в 207 раз превышающей массу электрона (в энергетич. единицах ок. 105,7 МэВ); относятся к классу лептопов. Отрицательно заряженный (m-) и положительно заряженный (m+) М. являются частицей и античастицей по отношению друг к другу.

Открытие. M. были впервые обнаружены в космических лучах(1936-37) К. Андерсоном (С. D. Ander-son) и С. Неддермейером (S. H. Neddermeyer). Вначале M. пытались отождествить с частицей, к-рая, согласно гипотезе X. Юкавы (H. Yukawa), является переносчиком ядерных сил. Однако такая частица должна была бы интенсивно взаимодействовать с ядрами, тогда как опытные данные показывали, что M. слабо взаимодействуют с веществом. Об этом свидетельствовал сам факт обнаружения M. на уровне моря: частицы, обладающие сильным взаимодействием, должны были бы практически полностью поглотиться в атмосфере Земли. Этот "парадокс" был разрешён в 1947 после открытия пи-мезонов, обладающих свойствами частицы, предсказанной Юкавой и распадающейся на M. и нейтрино:

p+3047-1.jpg.m+ + vm, p-3047-2.jpg m- +3047-3.jpgm.

Источники. Осн. источником M. в космич. лучах на ускорителях высоких энергий является распад p-ме-зонов (пионов) и К-мезонов (каонов), интенсивно рождающихся при столкновениях адронов (напр., протонов) с ядрами вещества. Др. источником M. могут быть, напр., процесс рождения пар m+ m- фотонами высоких энергий, распады гиперонов, очарованных частиц. На уровне моря M. образуют осн. компоненту (~80%) всех частиц космич. излучения. На совр. ускорителях высокой энергии получают пучки M. с интенсивностью до 108-109 частиц в 1с .

Поскольку спин мюонного нейтрино vm, возникающего вместе с m+, ориентирован против направления импульса vm, а спин мюонного антинейтрино 3047-4.jpg, возникающего вместе с m-, - в направлении импульса 3047-5.jpg, M., образующиеся от двухчастичных распадов p 3047-6.jpg mv, К 3047-7.jpg mv, имеют "вынужденное" направление спина, определяемое законами сохранения импульса и угл. момента: спин m+ от распада покоящихся пионов и каонов по каналу p+ 3047-8.jpg m+vm, K+3047-9.jpg m+vm направлен против импульса m+, а спин m- - в направлении его импульса. Этот факт проверен прямыми экспериментами. В др. реакциях (напр., K+ 3047-10.jpg p0m+vm, K~ 3047-11.jpgp0 m-3047-12.jpg) ориентация спина M. противоположна "вынужденной" в соответствии с тем, что в слабом взаимодействии с заряженными токамиm-. входит с отрицательной, a m+ с положительной спиральностями.

T. к. пионы практически полностью распадаются по каналу p 3047-13.jpg mv, а для заряж. каопов реакция К 3047-14.jpg mv происходит с вероятностью 63,5% (вероятность распада К 3047-15.jpg pmv составляет ок. 3%), то в зависимости от кине-матич. условий образования M. и экспериментального их выделения (а также от спектра пионов и каонов) они оказываются частично или полностью поляризованными в направлении своего импульса (m-) или против него (m+).

При импульсах пионов pp >= (m2p - т2m)/2 тm3047-16.jpg 3047-17.jpg 39,3 МэВ (в системе единиц, в к-рой с = 1) все образующиеся в распаде p 3047-18.jpg mv М. летят в переднюю (относительно импульса пиона) полусферу (mi - масса частицы г). M. от распада ультрарелятивистских пионов (3047-19.jpg >> т p )летят в лаб. системе в узком конусе с углом раствора J макc, определяемым условием

3047-20.jpg

(где импульс пиона рp. выражен в ГэВ). При этом M. равномерно распределены по энергии в области от (3047-21.jpgm) мин 3047-22.jpg (mm/mp)2 3047-23.jpg 0,573047-24.jpg до (3047-25.jpg) макс 3047-26.jpgp, т. е. не могут иметь энергию меньше 0,573047-27.jpgp. M. вблизи верх. края спектра (3047-28.jpg) вылетают в системе покоя пиона в направлении его импульса (и имеют соответственно положит. спиральность для m- и отрицательную для m+ в лаб. системе), в то время как M. вблизи ниж. границы спектра (3047-29.jpg) вылетают (в системе покоя пиона) против его импульса и имеют в лаб. системе противоположные значения спиральности. Используя магн. анализ, можно, т. о., экспериментально выделить M. с любыми значениями спиральности.

Взаимодействия мюонов

Мюоновое число. M. обладают универсальным электрослабым взаимодействием и вместе с мюонным нейтрино составляют "второе поколение" пептонов 3047-30.jpg[наряду с первым 3047-31.jpg и третьим 3047-32.jpg]. Лептоны, <входящие в разл. поколения, отличаются лептонными числами (электронным, мюонным, т-лептонным), сохраняющимися с высокой степенью точности (хотя в нек-рых теоретич. моделях и предсказывается возможность их нарушения). О сохранении мюонного числа свидетельствует, напр., отсутствие на опыте процессов mb 3047-33.jpg eb·g и mb3047-34.jpgе b е +e- на уровне, меньшем соответственно 5.10-11 и 2,4·10-12 от вероятности всех др. распадов M.), а также отсутствие процессов m-AZ3047-35.jpge-AZ и m- А Z 3047-37.jpg e+AZ_2 для ряда ядер с зарядом Z (в единицах элементарного заряда е )и массовым числом А (на уровне, меньшем соответственно 6·10-12 н 3.10-10), к-рые могли бы происходить в случае несохранения мюонного числа.

Отсутствие аномальных взаимодействий. Экспериментально не обнаружено наличие у M. к.-л. аномальных (отличных от универсального электрослабого) взаимодействий. Одним из сильных (косвенных) экс-перим. ограничений на отсутствие аномальных взаимодействий M. является измерение с очень высокой точностью его магн. момента:

3047-38.jpg

Полученное значение согласуется с предсказаниями квантовой электродинамики и указывает, что размер M. меньше 10-16 см (см. Аномальный магнитный момент). Поиск аномальных взаимодействий M. активно проводился в связи с теоретич. попытками объяснить за счёт таких взаимодействий большое различие масс M. и электрона при универсальности их слабых и эл.-магп. взаимодействий (т. н. проблема m-е-универ-сальности). После открытия новых поколений фермио-нов (т-лептона и тяжёлых кварков )указанная проблема переросла в общую проблему поиска механизма, обусловливающего возникновение масс лептонов и кварков. В теоретич. моделях, согласно к-рым массы лептонов и кварков возникают благодаря взаимодействию с Хиг-гса бозонами, различие в массах связывается с неуни-версальностью этого взаимодействия.

Взаимодействие мюонов с нейтральными токами. Универсальный характер электрослабого взаимодействия M. и др. лептонов с нейтральными токами подтверждается прямыми экспериментами по распадам Z0 -бозо-на, Z03047-39.jpg.m+m-, е + е -, и косвенными измерениями нарушения зеркальной и зарядовой симметрии в процессах е + е -3047-40.jpg m+ m-, t+t - на встречных электрон-позитрон-ных пучках, а также в рассеянии поляризованных mb на ядрах (в этих процессах происходит интерференция эл.-магн. взаимодействия p слабого взаимодействия, обусловленного обменом Z0 -бозоном).

Взаимодействие мюонов с заряженными токами. m-pаспад. Распад M. происходит благодаря слабому взаимодействию токов (vmm) u (vee):

3047-41.jpg

Тип нейтрино, испускаемых в распаде M., определяется законом сохранения лептонных чисел M. и электронов. Он подтверждается прямыми нейтринными экспериментами. Так, в экспериментах с мюонными нейтрино высоких энергий наблюдался обратный m-распад, идущий по схеме vme-3047-42.jpg m-ve на электронах вещества (порог этой реакции в лаб. системе ок. 10 ГэВ), и не наблюдалось рождения M. в пучке мюонных антинейтрино. (Последняя реакция должна была бы происходить, если бы в распаде m- хотя бы частично испускалось мюонное антинейтрино, напр. происходила бы реакция m-3047-43.jpg е -ve3047-44.jpg.) С др. стороны, как показывает эксперимент на мезонной фабрике, нейтрино от распада m+, останавливающиеся в веществе, рождают в детекторе электроны (в результате реакции veAZ3047-45.jpge-AZ+1) и не рождают позитронов (к-рые могли бы возникать от реакции 3047-46.jpgAZ 3047-47.jpg e+AZ-1). Тем самым доказывается, что в распаде m+ возникает электронное нейтрино ve (и не рождается антинейтрино 3047-48.jpg). Одновременно получаются также эксперим. ограничения сверху на вероятности переходов ve 3047-49.jpg и 3047-50.jpg. Достигнутая в экспериментах точность позволяет утверждать, что вероятность распада по каналу 3047-51.jpg (если он существует) составляет во всяком случае менее 5% от вероятности распада по каналу (1). Все наблюдаемые характеристики распада M. (1) [спектр электронов (позитронов), асимметрия их вылета относительно направления спина M. и её энергетич. зависимость, продольная и поперечная поляризация электронов (позитронов)] полностью согласуются с ( V - A)- вариантом слабого взаимодействия заряженных токов(vmm) и (vee). Полная вероятность (Г 0) распада M. по каналу (1) в единицу времени, равная обратному времени жизни M. в вакууме т m, определяется (в единицах 3047-52.jpg = с =1) выражением

3047-53.jpg

где GF -константа универсального (V - A )-взаимодействия (константа Ферми), a т m = 2,19709(5) ·10-8 с. Распад M. (1) с участием одних только лептонов даёт уникальную возможность наиб. точного эксперим. нахождения константы Ферми. Сравнение константы Ферми, определённой из распада M., с константами полулептонных распадов с изменением и без изменения странности позволяет найти углы смешивания кварков (в частности, Кабиббо угол]. Величина GF была использована также для предсказания масс промежуточных векторных бозонов W+, Z0. Для определения GF с точностью лучшей, чем 1% , необходимо учитывать радиационные поправки к процессу (1) за счёт виртуальных фотонов.

Для полностью поляризованного M. (3047-54.jpg=1) без учёта радиац. поправок

3047-55.jpg

Спектр электронов (позитронов) получается из (3) интегрированием по телесному углу dWи имеет вид

3047-56.jpg

(В общем случае произвольного четырёхфермионного взаимодействия этот спектр характеризуется т. н. п а р а м е т р о м М и ш е л я r.) Наиб. вероятным оказывается вылет электронов (позитронов) с максимально возможными значениями импульса (рис. 1).

Рис. 1. Энергетический спектр электронов (по зитронов) m - е-распада.

3047-57.jpg

Асимметрия вылета е -+) относительно спина M., согласно (3), зависит от их энергии. В области высоких энергий (e ~ 1) угл. распределение определяется фактором (1 b cos J), в то время как для низких энергий (e << 1) - фактором (1 b 1/3cosJ). T. о., асимметрия имеет разный знак для высоко- и низкоэнергетич. областей спектра. Усреднение (3) по спектру даёт:

3047-58.jpg

Знак усреднённой по спектру асимметрии совпадает со знаком асимметрии в высокоэнергетич. области спектра, т. к. в ней содержится большая доля электронов (позитронов). Указанные закономерности качественно объясняются учётом спиральностей частиц в распаде (1). Макс. энергии е -+) отвечает кинематика распада (1), когда оба нейтрино образуются с одинаковыми и параллельными импульсами. В этом случае их суммарный спин равен нулю, и из сохранения момента следует, что электрон, имеющий отрицат. спиральность, должен в осн. вылетать в направлении, противоположном спину m-, а позитрон, имеющий положит. спиральность,- в направлении спина m+ (рис. 2, а, б). Если энергия е -+) много меньше энергии m-распада, то нейтрино должны двигаться с приблизительно равными и противоположно направленными импульсами. В этом случае их суммарный спин равен 1 и направлен вдоль импульса 3047-60.jpg в распаде m+ и против импульса vm в распаде m-. Сохранение момента требует в этой ситуации, чтобы импульс е + был преим. направлен против спина m+, а импульс е - - вдоль спина m- (рис. 3, а, б).


3047-59.jpg

Рис. 2. Схематическое изображение распада m+ (a) и m- ( б) для энергии электронов (позитронов) вблизи верхней границы спектра; тонкие стрелки - направление импульсов частиц, двойные - направ ление их спинов.

3047-61.jpg

Рис. 3. То же, что на рис. 2, вблизи нижней гра ницы спектра е + (a) и е - ( б).

Рис. 2 и 3 наглядно демонстрируют нарушения зеркальной (P) и зарядовой ( С )симметрии в процессах m+ -распадов. О первом свидетельствует наличие асимметрии вылета электрона (позитрона) относительно плоскости, перпендикулярной спину M., а о втором - разл. знак этой асимметрии в распадах m+ и m-. Вместе с тем очевидно выполнение комбинированной (CP) симметрии: распад m- выглядит как отражённый в зеркале распад m+ (при отражении в плоскости, перпендикулярной спину, его направление не меняется, а перпендикулярная плоскости компонента импульса меняется на противоположную).

Существование асимметрии вылета позитронов относительно спина M. в m+3047-62.jpg е + -распаде позволяет по измерениям угл. распределения электронов определить поляризацию M., и её изменение со временем, происходящее, напр., в результате прецессии спина M. во внеш.

магн. поле (или в локальных магн. полях в веществе), образования мюония, его хим. реакций в веществе и т. д. На этой основе создан оригинальный метод изучения вещества и кинетич. явлений (т. н. mSR -ме-тод), существенно дополняющий такие классич. методы, как ЯМР, ЭПР, нейтронография.

Согласно (V - А )теории, электроны (позитроны) от распадов M. должны обладать продольной поляризацией Р е+= - Р е- = u/c3047-63.jpg.1 [u - скорость е -+)]. Этот факт подтверждён экспериментально (с точностью ~6%). Проводились поиски поперечной поляризации е +-) в распаде M. Наличие такой поляризации свидетельствовало бы о примеси др. вариантов слабого взаимодействия, отличных от (V - А). При этом обнаружение поляризации е +-), перпендикулярной плоскости, в к-рой лежат спин M. и импульс е +-), явилось бы доказательством нарушения T -ин-вариантности (см. Обращение времени). Эксперимент показывает отсутствие такой поляризации, устанавливая для неё верхний предел на уровне ~2%.

m- захват. Захват m- ядрами вещества является процессом, к-рый совместно с m-распадом определяет "время жизни" отрицательно заряженных M. в веществе. Попадая в конденсиров. вещество, m- за времена порядка 10-9 с тормозятся до скоростей атомных электронов и захватываются ядрами на возбуждённые орбиты m-мезоатомов (см. Мюонный атом). Далее путём серии каскадных переходов за времена меньше 10-11 с переходят на K -орбиту мезоатома. (В процессе этих переходов происходит за счёт спин-орбитального взаимодействия деполяризация первоначально поляризованных m-, так что на K -орбите мезоатома поляризация m- не превышает 15-20%.) Ядерный захват m- происходит с K -орбиты мезоатома благодаря слабому взаимодействию, приводящему к реакции

3047-64.jpg

на одном из протонов ядра. При этом процесс захвата m- ядром может существенно отличаться от m-захвата свободным протоном (6) и требует рассмотрения коллективных возбуждений образующегося ядра. Реакции (6) соответствует элементарное слабое взаимодействие заряж. токов: лептонного (mvm) и кваркового (ud), приводящее к превращению кварков внутри нуклонов:

3047-65.jpg

Вероятность m-захвата лёгкими ядрами пропорциональна Z4 и при Z 3047-66.jpg 6 сравнивается с вероятностью m-распада. Такая закономерность обусловлена тем, что вероятность m-захвата пропорциональна числу протонов в ядре (Z )и значению квадрата модуля волновой ф-ции M., находящегося на K -орбите, в точке нахождения ядра: |y(0)| = Z3/pa3m (где am = 3047-67.jpg2/mm е2 = = 2,5.10-11 см - боровский радиус для M.). Указанное расстояние предполагает, что радиус К -орбиты мезоатома больше размеров ядра. Оно не применимо для Z3047-68.jpg30, когда радиус K -орбиты am/Z становится сравнимым с радиусом ядра. Для этих значений Z вероятность m-захвата слабо зависит от Z. Время жизни m- в соответствующих веществах определяется в осн. вероятностью m-захвата и составляет ~10-7 с. M. на К -орбите мезоатома, ядро к-рого обладает отличным от нуля спином, может находиться в разл. состояниях сверхтонкой структуры, отвечающих разл. ориентации спина M. и ядра. Благодаря спиновой зависимости универсального слабого (V - А )взаимодействия вероятность m-захвата из разных состояний сверхтонкой структуры может сильно различаться. Так, для мезоатома водорода pm вероятность захвата из нижнего, синглетного состояния сверхтонкой структуры (отвечающего полному спину F= 0) составляет L0(pm)3047-69.jpg 660 с -1, в то время как вероятность захвата из триплетного состояния (F =1)L1(pm) 3047-70.jpg 12 с -1. Измеряя экспериментально вероятности m-захвата из разл. состояний сверхтонкой структуры, можно получить ценные сведения о формфакторах слабого взаимодействия. В частности, m-захват предоставляет уникальную возможность измерения константы т. н. индуциров. псевдоскаляра (gP), величина к-рой предсказывается теорией частично сохраняющегося аксиального тока (см. Аксиального тока частичное сохранение). Полученные данные хорошо согласуются с теоре-тич. предсказаниями. Наиб. важные сведения (с точки зрения возможности их теоретич. интерпретации) получаются из экспериментов по m-захвату простейшими ядрами: протоном, дейтроном, Не 3. Вместе с тем экспе-рим. изучение процесса m-захвата сложными ядрами даёт, напр., возможность выяснить важный вопрос о перенормировке константы gP в ядерной материи. Следует отметить, что захвату M. в водороде и дейтерии предшествует стадия разнообразных мезомолеку-лярных процессов (переход в ниж. состояние сверхтонкой структуры, образование мезомолекул), увеличивающих в неск. раз вероятность m-захвата в этих веществах.

Элементарное слабое взаимодействие заряж. токов (mvm) и (ud), ведущее к m-захвату, подробно изучено в нейтринных реакциях на водороде, дейтерии и сложных ядрах. Эти реакции сводятся к элементарным процессам vm + d3047-71.jpg и+ m-, 3047-72.jpg + и3047-73.jpgd + m+, 3047-74.jpg + d3047-76.jpg + m+ и используются для определения структурных функций кварков и антикварков.

Слабое взаимодействие мюонов с т-лептоном и тяжёлыми кварками. Помимо слабого взаимодействия заряж. тока (mvm) с токами (eve) и (ud )экспериментально изучены также процессы, вызываемые взаимодействием тока (mvm) с кварковыми токами (us), (cs), (cd )и (cb)[полулептонные (в ряде случаев - чисто лептонные) распады странных очарованных и красивых (прелестных) частиц, нейтринные реакции с испусканием M. и рождением странных и очарованных частиц]. Взаимодействие токов (mvm) и (т v т) проявляется в распадах т-лептона 3047-77.jpg и согласуется с теорией электрослабого взаимодействия.

Проникающая способность мюонов

M. высокой энергии тормозятся в веществе за счёт эл.-магн. взаимодействия с электронами и ядрами вещества. До энергий 1011-1012 эВ M. теряют энергию в осн. на ионизацию атомов среды [прибл. 2 МэВ/(г/см 2) вещества, напр. ~1,5 ГэВ на 1 м пути, проходимого в железе). Cp. пробег M. в этой области растёт пропорционально их энергии, а их угл. отклонение определяется многократным кулоновским рассеянием на ядрах вещества. T. к. mm >> m е, вероятность потери энергии M. в результате тормозного излучения или рождения пар е + е - значительно меньше, чем для электронов (указанные процессы, а также расщепление атомных ядер начинают играть доминирующую роль при энергиях M. выше 1012 эВ, ограничивая дальнейший линейный рост длины пробега M. в веществе с увеличением энергии). Эти факторы вместе с отсутствием у M. сильного взаимодействия обусловливают высокую проникающую способность M. как по сравнению с адронами, так и по сравнению с электронами и g-квантами. В результате M. космич. лучей не только легко проникают через атмосферу Земли, но и углубляются в грунт на значит. расстояния (в зависимости от их энергии). В подземных экспериментах M. космических лучей с энергией больше 1012 эВ регистрируются на глубине неск. км.

Большая проникающая способность при высоких энергиях позволяет легко выделять M. экспериментально среди др. заряж. частиц по их способности проходить через толстые (в неск. м) фильтры (напр., из железа). Таким способом изучались каналы распадов Z03047-78.jpgm+m-, J/y3047-79.jpg m+m-, e 3047-80.jpgm+m- и др.

Лит.:Muon physics, ed. by V. W. Hughes, C. S. Wu, v. l-3, N. Y.- [а. о.], 1975; Вайсенберг А. О., Мю-мезон M 1964; Балашов В. В., Коренман Г. Я., Эрамжян P. А., Поглощение мезонов атомными ядрами, М., 1978; Окунь Л. Б., Лептоны и кварки, M., 1981. С. С. Герштейн.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "МЮОНЫ" в других словарях:

  • МЮОНЫ — (?) нестабильные положительно (?+) и отрицательно (? ) заряженные элементарные частицы со спином 1/2 и массой ок. 207 электронных масс и временем жизни ? 10 6 с; относятся к лептонам …   Большой Энциклопедический словарь

  • МЮОНЫ — нестабильные элементарные частицы из класса лепт (см.) с полуцелым (см.) (относятся к (см.)) и массой, равной 207 электронных масс покоя. М. несут отрицательный элементарный электрический заряд (античастица положительный); обозначаются μ и μ+.… …   Большая политехническая энциклопедия

  • Мюоны — Мюон Символ μ (μ−) Масса 105,658369(9) МэВ Античастица μ+ Классы лептон, фермион Квантовые числа Электрический заряд 1 Спин …   Википедия

  • Мюоны — (старое название μ 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 (μ+) и отрицательно заряженные (μ ) …   Большая советская энциклопедия

  • мюоны — (μ), нестабильные положительно (μ+) и отрицательно (μ–) заряженные элементарные частицы со спином 1/2, массой около 207 электронных масс и временем жизни мюоны10–6 с; относятся к лептонам. * * * МЮОНЫ МЮОНЫ (m), нестабильные положительно (m+) и… …   Энциклопедический словарь

  • МЮОНЫ — нестабильные элементарные частицы с единичным положит. или отрицат. элементарным электрическим зарядом и массой, превосходящей массу электрона в 206,7 раза. Ср. время жизни М. 2,2 мкс (2,2 * 10 6 с). М. по многим своим св вам близки к электронам …   Большой энциклопедический политехнический словарь

  • МЮОНЫ — (n), нестабильные положительно (n+) и отрицательно (n ) заряж. элементарные частицы со спином 1/2, массой ок. 207 электронных масс и временем жизни 10 6с; относятся к лептонам …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • МЮОНЫ — (n), нестабильные положительно (n+) и отрицательно (n ) заряж. элементарные частицы со спином 1/2, массой ок. 207 электронных масс и временем жизни 10 6с; относятся к лептонам …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • Мюон — Символ μ (μ−) Масса 105,6583715(35) МэВ[1] Античастица …   Википедия

  • Космические лучи —         поток частиц высокой энергии, преимущественно протонов, приходящих на Землю из мирового пространства (первичное излучение), а также рожденное ими в атмосфере Земли в результате взаимодействия с атомными ядрами вторичное излучение, в… …   Большая советская энциклопедия

Книги

  • Опытные на кухне № 107, Евгений Плешивцев. Одной строкой Радар миллиметрового диапазона Шерсть и плазма Скутер «Ujet» Пирамида Хеопса и мюоны Пребывание в космосе включает/выключает гены Узкие темы ведущих Макс: Однопиксельная камера… Подробнее  Купить за 49 руб аудиокнига


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.