атом, в котором один из электронов атомной оболочки замещен отрицательно заряженным мезоном (См.
Мезоны), точнее, μ
--мюоном (См.
Мюоны), либо π
-- или К
--мезонами. Существование М. было предсказано американским физиком Дж. Уилером в 1949 вскоре после открытия π
--мезонов. В 1970 было доказано существование атомов, в которых электрон замещен Σ
--гипероном, Ξ
--гипероном (см.
Гипероны) или
Антипротоном. Радиусы М. в невозбуждённом состоянии равны
rμ = 5,3․10
-9/
mZ
см, где
Z - порядковый номер ядра, а
m приблизительно равно отношению массы мезона к массе электрона.
Наиболее простыми М. являются М. водорода. Они состоят из ядра водорода и отрицательно заряженного мезона. Их радиусы соответственно равны:
rμ = 2,8․10
-11 см, rπ = 2,2․10
-11 см, rK=0,8․10
-11 см. Такие нейтральные системы малого размера, подобно
Нейтронам, свободно проникают внутрь электронных оболочек атомов, приближаются к их ядрам и могут служить причиной многочисленных мезоатомных процессов: образование мезомолекул, катализ ядерных реакций, перехват мезона ядрами др. атомов и т.д. В М. мезоны расположены в сотни раз ближе к ядру, чем электроны. Например, радиус ближайшей к ядру орбиты μ
- в М. свинца почти в 2 раза меньше, чем радиус ядра свинца, т. е. в М. свинца μ
- основную часть времени проводит внутри ядра. Это обстоятельство позволяет использовать свойства М. с μ
- для изучения формы и размеров ядер, а также для изучения распределения электрического заряда по объёму ядра. π
-- и K
--M., кроме того, используются для изучения сильных взаимодействий элементарных частиц (См.
Элементарные частицы) и распределения нейтронов в ядрах (см.
Ядро атомное).
Образование М. происходит, когда мезоны, получаемые в ускорителях высоких энергий, тормозятся и останавливаются в мишенях из различных веществ. Захват мезона на мезоатомную орбиту сопровождается выбросом одного из атомных электронов, обычно внешнего электрона. Например, если пучок μ
- направить в камеру с жидким водородом, то μ
- теряют свою энергию в столкновениях с атомами водорода, пока их энергия не станет ≤1
кэв. При этом, если они подходят близко к ядру атома водорода, они образуют с ним электрический диполь, поле которого не в состоянии удержать атомный электрон, вследствие чего атом водорода теряет свой электрон, а μ
- остаётся связанным с ядром (
Протоном,
Дейтроном или тритоном). Как правило, все М. образуются в высоковозбуждённых состояниях. В дальнейшем мезон переходит в менее возбуждённое состояние М., освобождая энергию в виде γ-квантов (мезонное γ-излучение) или Оже-электронов.
На процесс образования М. влияет строение электронной оболочки молекул, в состав которых входит соответствующий М. Это позволяет изучать электронную структуру молекул (См.
Молекула), исследуя рентгеновское излучение М. и продукты ядерных реакций (См.
Ядерные реакции) с ядром М. Это направление исследований получило название мезонной химии.
Лит.: Вайсенберг А. О., Мю-мезон, М., 1964; Kim Y. N., Mesic atoms and nuclear structure, Amst. - L., 1971; Бархоп Э., Экзотические атомы, "Успехи физических наук", 1972, т. 106, в. 3.
Л. И. Пономарев.
