Большая Советская Энциклопедия (МЮ) - [9]

и электрона е^- «разрывается» и вместо частоты прецессии М. наблюдается частота прецессии свободного m⁺. Таким способом удалось измерить скорости протекания многих химических реакций атомарного водорода с различными веществами.

  Лит.: Хьюз В., Мюоний, «Успехи физических наук», 1968, т. 95, в. 3; Гольданский В. И., Фирсов В. Г., Химия новых атомов, «Успехи химии», 1971, т. 40, в. 8.

  Л. И. Пономарёв.

Мюоны

Мюо'ны (старое название — m-мезоны), нестабильные элементарные частицы со спином¹/₂, временем жизни 2,2×10^-6сек 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 атомными ядрами, тогда как опытные данные показывали, что М. слабо взаимодействует с веществом. Этот «парадокс» был разрешён 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⁺(K⁺) ® m⁺ + n_m,      (1, а)

(здесь n_m,

 — 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 + n_m 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 n_m, 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^-, n_e,

 — позитрон, электрон, электронные нейтрино и антинейтрино соответственно); эти распады и определяют «время жизни» М. в вакууме. В веществе m^- «живёт» меньше: останавливаясь в веществе, он притягивается положительно заряженным ядром и образует так называемый мюонный атом, или m-мезоатом, — систему, состоящую из атомного ядра, m^- и электронной оболочки. В мезоатомах благодаря слабому взаимодействию может происходить процесс захвата m^- ядром:

  m^- + _ZA ® _Z-1B + n_m

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

  m^- + p ® n + n_m

(где n — нейтрон). Вероятность захвата m^- ядром растет для лёгких элементов пропорционально Z⁴ и при Z » 10 сравнивается с вероятностью распада m^-. В тяжёлых 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 чётности 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 n_m и n_e (см. Лептонный заряд). Доказательством этого служит то, что нейтрино, возникающее вместе с М. (например, при распаде p⁺ ® m⁺ + n_m), 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 n_m отличаются от е^- и n_e лептонным зарядом (числом)