мюоний

МЮОНИЙ (Mu) - связанное состояние электрона (е^-) и положительно заряженного мюона (m⁺), водоро-доподобный атом, в к-ром роль ядра играет мюон. Изучение M. имеет важное значение для физики элементарных частиц и атомной физики, т. к. он является одной из простейших систем двух точечных зарягк. частиц - лептонов ,взаимодействие к-рых с хорошей точностью описывается квантовой электродинамикой (др. системой такого рода является позитроний ).С др. стороны, измерение поляризации M. в разл. веществах стало основой нового, весьма эфф. метода исследования структуры конденсиров. сред, кинетич. явлений, хим. реакций, фазовых превращений и др. (см. Мюонной спиновой релаксации метод).

Экспериментально M. был открыт в 1960 В. Хьюзом (V. W. Hughes) и др. Свободный M. в осн. состоянии может быть образован путём захвата атомного электрона положит. мюоном. Сначала этот процесс наблюдался в инертных газах при низком давлении. Обнаружение M. в др. средах осложняется высокой хим. активностью M., к-рый может рассматриваться как лёгкий изотоп водорода. Впервые M. в конденсиров. средах наблюдался в 1966 В. Г. Фирсовым и др.

M. является метастабильной системой вследствие распада мюона (за счёт слабого взаимодействия) на позитрон (е⁺) и два нейтрино (m⁺ е⁺ + v_e +) со временем жизни т 2,2^.10^-6 с. В результате исчезновение M. сопровождается испусканием позитрона с макс. энергией ок. 53 МэВ, двух нейтрино и низкоэнергетич. электрона.

Из-за эффектов несохрансния чётности в слабом взаимодействии мюоны, возникающие от распада p-ме-зонов (p⁺ m⁺ + v_m), поляризованы (в направлении, противоположном их импульсу), а позитроны в распадах мюонов обладают асимметрией в угл. распределении по отношению к направлению спина мюона. При ку-лоновском захвате электрона поляризов. мюоном образуются поляризов. атомы M. с неравной населённостью уровней сверхтонкой структуры. Изменение этих насе лённостей во внеш. магн. поле может быть обнаружено по изменению в угловых распределениях позитронов распада.

M. впервые обнаружен по ааблюдению характерной частоты лармороиской прецессии в магнитном поле f_LMu m_БH/h 1,40·H МГц (m_Б = е/2т_ес- магнетон Бора, m_е - масса электрона, H - напряжённость магн. поля). Для свободного мюона ларморовская частота f_Lm 2m⁰_m H/h 13,5^.H кГц примерно в сто раз меньше, где нормальный магн. момент мюона (m_m - масса мюона).

В низшем приближении взаимодействие электрона и мюона - чисто кулоновское, и нерелятивистское ур-ние Шрёдингера приводит к такому же выражению для уровней энергии M., как для атома водорода:

где n = 0, 1, 2, ...- гл. квантовое число, - постоянная Ридберга. T. к. спины электрона и мюона равны ¹/₂ то в S-состояниях квантовое число полного угл. момента M. может принимать два значения: F=1 и F=0. Взаимодействие магн. моментов электрона и мюона вызывает сверхтонкое расщепление уровней энергии M., характеризуемых этими двумя значениями F. Соответствующий интервал сверхтонкой структуры в осн. состоянии M. (п = 1) в первом приближении даётся ф-лой Ферми (1939):

где a_m - аномальный магнитный момент мюона (m_m, m_p - магн. моменты мюона и протона, a - постоянная тонкой структуры).

Релятивистское ур-ние для волновой ф-ции системы двух дираковских частиц и аппарат квантовой электродинамики позволяют вычислять поправки к уровням энергии M. в виде разложения по степеням малых параметров a и т_е/ m_m. Однако коэф. этого разложения содержат также зависимость от логарифмов этих параметров. В результате теоретич. значение интервала сверхтонкого расщепления в основном 1S-состоянии M. можно представить в виде

В этом выражении Dv_F даётся равенством (1), а_е - аномальный магн. момент электрона в единицах m_Б, коэф. А и В характеризуют вклад релятивистских и чисто ра-диац. эффектов в пределе бесконечной массы мюона, т. е. при (т_е/т_m)0, коэф. С и D связаны с кванто-воэлектродинамич. эффектами отдачи (конечностью массы) мюона. Использование известных выражений для коэф. А, В, С, D, принятых значений фундам. констант , с, a, m_p/m_Б, a также значений отношений m_m/m_p = 3,18334547(95) и m_m/m_e = 206,768259(62) даёт теоре-тич. значение