Мюон

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search
Мюон
сімвал μ (μ)
маса 105,6583715(35) МэВ[1]
антычасціца μ+
класы лептон, ферміён
квантавыя лікі
электрычны зарад −1
спін 1/2
ізатапічны спін 0
барыённы лік 0
дзіўнасць 0
чароўнасць 0
Іншыя ўласцівасці і звесткі
час жыцця 2,19703(4)×10−6 c
каналы распаду
састаў часціцы няма

Мюо́н, мю-мезон(ад грэцкай літары μ, выкарыстоўванай для абазначэння)у стандартнай мадэлі фізікі элементарных часціц - няўстойлівая элементарная часціца з адмоўным электрычным зарадам і спінам 1/2. Разам з электронам, таў-лептон і нейтрына класіфікуецца як частка лептонов сямейства ферміонов. Гэтак жа як яны, мюон, па-відаць, бесструктурен і ня складаецца з нейкіх больш дробных часціц. Як і ўсе фундаментальныя ферміоны, мюон мае антычасцінка з квантавымі лікамі (у тым ліку зарадам) процілеглага знака, але з роўнай масай і спінам: антімюон (часцей часціц і антычасцінка называюць адпаведна адмоўным і станоўчым Мюоны). Мюоны называюць таксама мюоны і антимюоны ў сукупнасці. Ніжэй тэрмін «мюон» ўжываецца ў гэтым значэнні, калі не агаворана адваротнае. Па гістарычных прычынах, мюоны часам называюць мю-мезоннага, хоць яны не з'яўляюцца мезоны ў сучасным уяўленні фізікі элементарных часціц. Маса мюона у 207 разоў больш масы электрона; па гэтай прычыне мюон можна разглядаць як надзвычай цяжкі электрон. Мюоны абазначаюцца як μ-, а антимюоны як μ +.

Апісанне[правіць | правіць зыходнік]

Фейнманаўская дыяграма распаду мюона

Эксперыментальна выяўлены ў касмічных праменях амерыканскімі фізікамі К. Андэрсанам і С. Недэрмаерам[en] у 19361937 гадах, падчас даследавання касмічных прамянёў.Ён выявіў часціцы, якія пры праходжанні магнітнага поля адхіляліся ў меншай ступені, чым электроны, але больш рэзка, чым пратоны. Было зроблена здагадка, што іх электрычны зарад быў роўны зараду электрона, і для тлумачэння адрозненні у адхіленні было неабходна, каб гэтыя часціцы мелі прамежкавую масу (якая ляжыць дзесьці паміж масай электрона і масай пратона).

Па гэтай прычыне Андэрсан першапачаткова назваў новую часціцу «мезотрон», выкарыстоўваючы прыстаўку «мезо-» (ад грэцкага слова «прамежкавы»). Неўзабаве пасля гэтага былі выяўленыя іншыя часціцы прамежкавай масы і быў прыняты больш агульны тэрмін Мезон для абазначэння любой такой часціцы. У сувязі з неабходнасцю розных пазначэнняў для розных тыпаў мезоннага, мезотрон быў перайменаваны ў «мю-мезоннага» (ад грэцкай літары «мю»). Да таго, як быў адкрыты пі-мезон, мюон лічыўся кандыдатам на ролю пераносчыка моцнага ўзаемадзеяння, які быў неабходны ў незадоўга да таго распрацаванай тэорыі Юкавы. Аднак было выяўлена, што мюон не ўступае ў моцныя ўзаемадзеяння, і некаторы час (да адкрыцця пі-мезоны) гэта паводзіны мюона заставалася загадкай.

Асноўныя крыніцы мюонаў — распад піонаў і каонаў, якія інтэнсіўна нараджаюцца пры сутыкненнях адронаў, працэс нараджэння пар μ μ+ фатонамі высокіх энергій, распады гіперонаў, «зачараваных» часціц і інш.

Па сваіх уласцівасцях ва ўсіх вядомых узаемадзеяннях μ паводзіць сябе аналагічна электрону, ад якога адрозніваецца толькі масай (μ — e-універсальнасць).

Слабае ўзаемадзеянне мюонаў выклікае іх распад на электрон (ці пазітрон) і адпаведнае нейтрына, што вызначае час жыцця мюонаў у вакууме.

У рэчыве павольныя мюоны страчваюць энергію на іанізацыю атамаў і могуць спыняцца. Пры гэтым μ прыцягваецца ядром атама і ўтвараецца мезаатам, а μ+ далучае да сябе электрон і ўтвараецца мюоній.

Экзатычныя атамы[правіць | правіць зыходнік]

Мюонныя атамы[правіць | правіць зыходнік]

Мюоны былі першымі адкрытымі элементарнымі часціцамі, якія не сустракаліся ў звычайных атамах. Адмоўныя мюоны могуць, аднак, фарміраваць мюонныя атамы, замяняючы электроны ў звычайных атамах. Рашэнне раўнання Шредiнгера для вадародаподобнага атама паказвае, што характэрны памер атрымліваюцца хвалевых функцый (гэта значыць радыус Бора, калі рашэнне праводзіцца для атама вадароду са звыклым электронам) зваротна прапарцыйны масе часціцы, якая рухаецца вакол атамнага ядра. З-за таго, што маса мюона больш чым у дзвесце разоў пераўзыходзіць масу электрона, памер атрыманай «мюоннай атамнай арбіталi» у столькі ж разоў менш аналагічнай электроннай. У выніку, ужо для ядраў з зарадавых лікам Z = 5-10 памеры мюоннага воблока параўнальныя ці не больш чым на парадак пераўзыходзяць памеры ядра, і некропкавасць ядра пачынае аказваць моцны ўплыў на выгляд хвалевых функцый мюона. Як следства, вывучэнне іх энергетычнага спектру (інакш кажучы, ліній паглынання мюоннага атама) дазваляе «зазірнуць» у ядро і даследаваць яго ўнутраную структуру. Таксама малыя памеры атамаў дазваляюць атамным ядрам моцна зблізіцца і зліцца, што выкарыстоўваецца для ажыццяўлення тэрмаядзернага сінтэзу.

Мюонiй[правіць | правіць зыходнік]

Станоўчы мюон, спынены ў звычайнай матэрыі, можа звязаць электрон і сфармаваць мюонiй (Mu) - атам, у якім мюон дзейнічае як ядро. Прыведзеная маса мюонiя і, такім чынам, яго бароўскій радыус блізкія да адпаведных велічын для вадароду, з прычыны чаго гэты караткажывучы атам ў першым набліжэнні паводзіць сябе ў хімічных рэакцыях як звышлёгкі ізатоп вадароду.

Практычнае выкарыстанне[правіць | правіць зыходнік]

У 1965 годзе Луіс Альварэс прапанаваў выкарыстоўваць мюоны, якія ўзнікаюць у зямной атмасферы пад дзеяннем касмічных прамянёў, для прасвечвання егіпецкіх пірамід з мэтай пошуку не выяўленых пакуль поласцей — пахавальных камер. Ідэя заключалася ў тым, што з тых напрамкаў, дзе знаходзяцца поласці, павінен прыходзіць больш моцны паток мюонаў, паколькі паветра ў поласцях прапускае больш мюонаў, чым вапняковыя блокі, з якіх зроблена піраміда. У 1967 годзе такім чынам была вывучана прыкладна пятая частка піраміды Хафры. Поласці выявіць не ўдалося[2]. У 2016 годзе мюонны сканер выявіў поласць у пірамідзе Снофру[3]. У пазнейшых працах (2017), якія абапіраюцца на тры розныя метады дэтэктавання мюонаў, было ўстаноўлена, што над Вялікаю галерэяй піраміды Хеопса знаходзіцца 30-метровая поласць. Цэнтр камеры размяшчаецца на 40-50 метраў вышэй падлогі «Камеры царыцы», па даўжыні яна параўнальная з Вялікаю галерэяй[4][5].

Гэты метад атрымаў далейшае развіццё ў пачатку XXI стагоддзя ў сувязі з задачай выяўлення ядзернай кантрабанды. Дэтэктаванне мюонаў, якія прайшлі скрозь груз, дазваляе вызначыць наяўнасць у ім цяжкіх элементаў, у тым ліку, свінцу, урану і плутонію. Цяжэйшыя элементы мацней адхіляюць мюоны ў актах рассейвання, таму, усталяваўшы газаразрадныя дэтэктары зверху і знізу доследнага аб’екта і параўноўваючы трэкі мюонаў у іх, можна вызначыць наяўнасць падазроных элементаў.

Гэты метад атрымаў назву мюоннай тамаграфіі. Работы па яго распрацоўцы былі пачаты ў Лос-Аламаскай нацыянальнай лабараторыі ў 2003 годзе пад кіраўніцтвам Крыстафера Морыса. У 2012 годзе былі праведзены першыя тэсты доследнага ўзору ў тэрмінале Фрыпарта на Багамскіх астравах. Тэсты паказалі, што абсталяванне вызначае наяўнасць падазроных матэрыялаў з практычна стопрацэнтнай надзейнасцю.

У 2015 годзе былі зроблены выпрабаванні метаду мюоннай тамаграфіі як метаду неразбуральнага кантролю ў электраэнергетыцы для ацэнкі ступені дэградацыі бетону[en], стану засавак і вымярэння таўшчынь сценак труб[6].

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі[правіць | правіць зыходнік]

  1. http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Fundamental Physical Constants — Complete Listing
  2. А. Левин. Мюоны дают добро // Популярная механика. — 2013. — № 3.
  3. Ученые: мюонный сканер нашел тайную комнату в пирамиде Снофру // июнь 2016
  4. К. Уласович. Физики подтвердили существование «тайной комнаты» в пирамиде Хеопса , nplus1.ru (02.11.2017).
  5. Morishima, Kunihiro; Kuno, Mitsuaki; Nishio, Akira; Kitagawa, Nobuko; Manabe, Yuta (2017). "Discovery of a big void in Khufu's Pyramid by observation of cosmic-ray muons". Nature 422 (6929): 386–390. doi:10.1038/nature24647. PMID 29160306. Bibcode2017Natur.422..277B. 
  6. Зданиям сделают «томографию» с помощью космических мюонов. N+1 (1 ліпеня 2015). Праверана 1 ліпеня 2015.

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]