Введите слово или словосочетание на любом языке 👆
Язык:
Перевод и анализ слов искусственным интеллектом ChatGPT
На этой странице Вы можете получить подробный анализ слова или словосочетания, произведенный с помощью лучшей на сегодняшний день технологии искусственного интеллекта:
- как употребляется слово
- частота употребления
- используется оно чаще в устной или письменной речи
- варианты перевода слова
- примеры употребления (несколько фраз с переводом)
- этимология
Что (кто) такое Мюоны - определение
ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЗАРЯДОМ
Мю мезон; Мю-мезон; Мю-мезоны; Мюоны; Антимюон; Μ-мезон; Мюонная томография
![космической частицей]] (протоном)](https://commons.wikimedia.org/wiki/Special:FilePath/AirShower.svg?width=200 "космической частицей]] (протоном)")
![CMS]]](https://commons.wikimedia.org/wiki/Special:FilePath/CMS muon chambers.jpg?width=200 "CMS]]")
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-) М., являющиеся частицей и античастицей (См. Античастицы) по отношению друг к другу. М. относятся к классу лептонов (См. Лептоны), т. е. участвуют в электромагнитных и слабых взаимодействиях (См. Слабые взаимодействия) и не участвуют в сильных взаимодействиях (См. Сильные взаимодействия).
Открытие мюонов и их источники. М. были впервые обнаружены в космических лучах (См. Космические лучи) в 1936 американскими физиками К. Андерсоном и С. Неддермейером. Сначала М. пытались отождествить с частицей, которая, согласно гипотезе японского физика Х. Юкавы (См. Юкава), 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 (См. Пи-мезоны) (π), обладающего свойствами частицы, предсказанной Юкавой, и распадающегося на М. и Нейтрино.
Основным источником М. в космических лучах и на ускорителях заряженных частиц (См. Ускорители заряженных частиц) высоких энергий является распад π-мезонов (пионов), а также К-мезонов (См. К-мезоны) (каонов), интенсивно рождающихся при столкновениях сильно взаимодействующих частиц (адронов), например протонов (р) с ядрами:
π+(K+) → μ+ + νμ, (1, а)
(здесь νμ, v̅μ - мюонные нейтрино и антинейтрино). Др. источники М. - рождение пар μ+μ- фотонами (γ) высоких энергий, электромагнитные распады мезонов типа ρ → μ+ + μ-, так называемые лептонные распады гиперонов (См. Гипероны), например Λ° → р + μ + νμ и т. д. - играют, как правило, значительно меньшую роль.
В космических лучах на уровне моря М. образуют основную компоненту (Мюоны80\%) всех частиц космического излучения. На современных ускорителях заряженных частиц высокой энергии получают пучки М. с интенсивностью 105-106 частиц в сек.
Спин νμ, возникающего при распадах (1, а), ориентирован против направления своего импульса, а спин v̅μ от распадов (1, б) - по направлению импульса. Отсюда на основании законов сохранения импульса и момента количества движения следует, что спин μ+, рождающегося при распаде покоящихся π+ или К+, направлен против его импульса, а спин μ- - 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 (μ-) или против него (μ+).
Взаимодействие мюонов. Слабые взаимодействия М. вызывают их распад по схеме:
(где е+, е-, νe, v̅e - позитрон, электрон, электронные нейтрино и антинейтрино соответственно); эти распады и определяют "время жизни" М. в вакууме. В веществе μ- "живёт" меньше: останавливаясь в веществе, он притягивается положительно заряженным ядром и образует так называемый мюонный атом, или μ-Мезоатом, - систему, состоящую из атомного ядра, μ- и электронной оболочки. В мезоатомах благодаря слабому взаимодействию может происходить процесс захвата μ- ядром:
μ- + ZA → Z-1B + νμ
(где Z - заряд ядра). Этот процесс аналогичен К- захвату (См. К-захват) электронов ядром и сводится к элементарному взаимодействию
μ- + p → n + νμ
(где n - нейтрон). Вероятность захвата μ- ядром растет для лёгких элементов пропорционально Z4 и при Z ≈ 10 сравнивается с вероятностью распада μ-. В тяжёлых элементах "время жизни" останавливающихся μ- определяется в основном вероятностью их захвата ядрами и в 20-30 раз меньше их "времени жизни" в вакууме.
Из-за несохранения пространственной чётности (См. Чётность) в слабом взаимодействии при распаде (2, а) позитроны вылетают преимущественно в направлении спина μ+, а электроны в распаде (2, б) - преимущественно в направлении, противоположном спину μ- (см. рис. к ст. Слабые взаимодействия). Поэтому, изучая асимметрию вылетов электронов или позитронов в этих распадах, можно определить направления спинов μ- и μ+.
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 μ - е-универсальностью. Вместе с тем М. и электрон отличаются друг от друга некоторым внутренним квантовым числом (См. Квантовые числа), и такое же различие имеет место для соответствующих им нейтрино νμ и νe (см. Лептонный заряд). Доказательством этого служит то, что нейтрино, возникающее вместе с М. (например, при распаде π+ → μ+ + νμ), 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 μ- и νμ отличаются от е- и νe лептонным зарядом (числом) l: у е- и νe l = +1, a y μ- и νμ I = -1; для их античастиц l имеют противоположные знаки (последние распады будут запрещены тогда законом сохранения лептонного числа). Существование μ - е-универсальности ставит перед теорией элементарных частиц важную и до сих пор не решённую проблему: поскольку, согласно современной теории, масса частиц имеет полевое происхождение, т. е. определяется взаимодействиями, в которых участвует частица, то непонятно, почему электрон и М., обладающие совершенно одинаковыми взаимодействиями, столь различны по своей массе. Высказывались гипотезы о наличии у М. "аномальных" взаимодействий (т. е. отсутствующих у электрона), но экспериментально такие взаимодействия не обнаружены. С др. стороны, возможно, что различие в массах М. и электрона связано с внутренним строением лептонов; однако даже сам подход к этой проблеме пока неясен. Существование М., т. о., представляет одну из интереснейших загадок природы, и не исключено, что её решение будет связано с открытиями фундаментальной важности.
С проблемой μ - е-универсальности связан также вопрос о возможном существовании др. лептонов с массой большей, чем у М. Если бы взаимодействия "тяжёлых" лептонов оказались такими же, как у μ и е, то некоторые их свойства (в частности, время жизни и способы распада) можно было бы предсказать теоретически. Если такие лептоны существуют и масса их больше 0,5 Гэв, то из-за своих свойств они могли оказаться незамеченными в большинстве проводившихся опытов. Поэтому для поиска "тяжёлых" лептонов необходимы специальные эксперименты, по-видимому, с нейтрино (или фотонами) высоких энергий.
Проникающая способность мюонов. Не обладая сильными взаимодействиями, М. высокой энергии тормозятся в веществе только за счёт электромагнитных взаимодействий с электронами и ядрами вещества. До энергий порядка 1011-1012эв М. теряют энергию в основном на ионизацию (См. Ионизация) атомов среды, а при более высоких энергиях становятся существенными потери энергии за счёт рождения электрон-позитронных пар, испускания γ-квантов тормозного излучения (См. Тормозное излучение) и расщепления атомных ядер. Т. к. масса М. много больше массы электрона, то потери энергии быстрых М. на тормозное излучение и рождение пар значительно меньше, чем потери энергии быстрых электронов на тормозное излучение (или γ-квантов на рождение пар е+е-). Эти факторы обусловливают высокую проникающую способность М. как по сравнению с адронами, так и по сравнению с электронами и γ-квантами. В результате М. космических лучей не только легко проникают через атмосферу Земли, но и углубляются (в зависимости от их энергии) на довольно значительные расстояния в грунт. В подземных экспериментах М. космических лучей с энергией 1012-1013 эв регистрируются на глубине нескольких км.
Мюоны, останавливающиеся в веществе. Медленные М., теряя энергию на ионизацию атомов, могут останавливаться в веществе. При этом μ+ в большинстве веществ присоединяет к себе атомный электрон, образуя систему, аналогичную атому водорода, - так называемый Мюоний. Мюоний может вступать в химические реакции, аналогичные реакциям атома водорода. Из-за взаимодействия с магнитными моментами электронов вещества μ+ (спин которого первоначально был направлен в сторону, противоположную направлению его влёта в вещество) частично теряет свою поляризацию. Об этом можно судить по изменению асимметрии вылета позитронов от распада (2, а). Изучая процесс деполяризации μ+ в веществе в присутствии внешних магнитных полей, удаётся установить, в какие химические реакции вступает мюоний, и определить скорость протекания этих реакций. В последние годы возникло новое направление исследований свойств вещества и химических реакций с помощью положительных М. - так называемая химия мюонов.
Отрицательные М., останавливающиеся в веществе, как уже отмечалось, могут образовывать мюонные мезоатомы. Боровский радиус мюонного мезоатома равен
где mμ и е - масса и заряд М., Z - заряд ядра, ħ - постоянная Планка. Эта величина в (mμ/me) Z раз меньше боровского радиуса атома водорода (me - масса электрона). Поэтому мюонные "орбиты", отвечающие нижним энергетическим уровням мезоатома, расположены значительно ближе к ядру, чем электронные. При Z ≈ 30-40 размеры мюонных "орбит" сравниваются с размерами ядер и распределение электрического заряда в ядре сильно сказывается на энергии низшего состояния мезоатома. Расстояние между уровнями энергии мезоатомов при этом в mμ/me ≈ 207 раз больше, чем для соответствующего (с ядром заряда Z) водородоподобного атома, и могут составлять десятки и сотни кэв, а для тяжёлых элементов даже несколько Мэв.
Первоначально мюонные мезоатомы возникают в возбуждённых состояниях, а затем, испуская последовательно γ-кванты или передавая энергию атомным электронам, переходят в основное состояние. Измеряя энергию γ-квантов, испускаемых при переходах между уровнями мезоатомов, можно получить сведения о размерах ядер, распределении электрического заряда в ядре и др. характеристиках ядра.
Весьма своеобразно поведение в веществе мезоатомов водорода и его изотопов (дейтерия, трития). Единичный положительный заряд ядра в этих мезоатомах полностью "экранируется" зарядом отрицательного М. Поэтому такая система, обладая размерами порядка 2․10-11 см, ведёт себя в веществе, подобно медленному нейтрону: "свободно" проникает через электронные оболочки атомов и способна подходить на близкие расстояния к др. ядрам. Это обусловливает возможность протекания ряда специфических явлений; в частности, мезоатомы водорода или дейтерия могут присоединить к себе ещё одно ядро и образовать мезонные молекулы ррμ, dpμ или ddμ, аналогичные молекулярным ионам водорода H2+, HD+ или D2+ (d - ядро дейтерия, дейтрон). Ядра в таких молекулах, находясь на малых расстояниях друг от друга, способны вступать в ядерные реакции синтеза d + р → 3He + γ или d + d → 3He + n, d + d → Т + р. протекающие с выделением энергии (Т - ядро трития). После акта реакции μ- часто оказывается освобождённым от связи с ядром, а затем, последовательно образуя мюонные мезоатом и мезомолекулу, может вызвать новую реакцию синтеза и т. д., т. е. действует как катализатор ядерных реакций. Однако для практического получения энергии ядерного синтеза катализ ядерных реакций с помощью μ- не может быть использован, так как число ядерных реакций, вызываемых М. за время его жизни, оказывается небольшим.
Лит.: Вайсенберг А. О., Мю-мезон, М., 1964 (Современные проблемы физики); Бугаев Э. В., Котов Ю. Д., Розенталь И. Л., Космические мюоны и нейтрино, М., 1970; Зельдович Я. Б., Герштейн С. С., Ядерные реакции в холодном водороде, "Успехи физических наук", 1960, т. 71, в. 4, с. 581.
С. С. Герштейн.
Образование мюонов μ,+, μ- при распадах покоящихся π+- и π--мезонов. Импульсы pvμ, рμ+ (соответственно pνμ pμ-) частиц распада νμ и μ++ (νμ и μ-) равны по величине и направлены в противоположные стороны. Жирные стрелки указывают направление спинов (поляризацию) частиц svμ, sμ+, (svμ+, sμ-).
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.
МЮОН
а, м., физ.
Разновидность лептонов: элементарная частица с массой покоя, равной 207 электронных масс, положительным или отрицательным зарядом и спином 1/2. | Время жизни мюона равно миллионным долям секунды.
Википедия
Мюон
Мюо́н (от греческой буквы μ, использующейся для обозначения) в стандартной модели физики элементарных частиц — неустойчивая элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом и спином 1⁄2. Вместе с электроном, тау-лептоном и нейтрино классифицируется как часть лептонного семейства фермионов. Так же, как они, мюон, по-видимому, бесструктурен и не состоит из каких-то более мелких частиц. Как и все фундаментальные фермионы, мюон имеет античастицу с квантовыми числами (в том числе зарядом) противоположного знака, но с равной массой и спином: а̀нтимюо́н (чаще частицу и античастицу называют соответственно отрицательным и положительным мюоном). Мюонами называют также мюоны и антимюоны в совокупности. Ниже термин «мюон» употребляется в этом значении, если не оговорено обратное.
По историческим причинам, мюоны иногда называют мю-мезонами, хотя они не являются мезонами в современном представлении физики элементарных частиц. Масса мюона примерно в 207 раз больше массы электрона (в 206,7682830(46) раз если быть точным); по этой причине мюон можно рассматривать как чрезвычайно тяжёлый электрон. Мюоны обозначаются как μ−, а антимюоны как μ+.
На Земле мюоны регистрируются в космических лучах, они возникают в результате распада заряженных пионов. Пионы создаются в верхних слоях атмосферы первичными космическими лучами и имеют очень короткое время распада — несколько наносекунд. Время жизни мюонов достаточно мало — 2,2 микросекунды, тем не менее эта элементарная частица рекордсмен по времени жизни и дольше её не распадается только свободный нейтрон. Однако мюоны космических лучей имеют скорости, близкие к скорости света, так что из-за эффекта замедления времени специальной теории относительности их легко обнаружить у поверхности Земли, на 1 квадратный метр падает около 10 тысяч мюонов в минуту.
Как и в случае других заряженных лептонов, существует мюонное нейтрино (и антинейтрино), которое имеет тот же аромат, что и мюон (антимюон). Мюонные нейтрино обозначаются как νμ, антинейтрино — νμ. Мюоны почти всегда распадаются в электрон, электронное антинейтрино и мюонное нейтрино (соответственно антимюоны — в позитрон, электронное нейтрино и мюонное антинейтрино); существуют также более редкие типы распада, когда возникает дополнительный фотон или электрон-позитронная пара.
Примеры употребления для Мюоны
1. Но еще интереснее разбивать мюоны - частицы, обладающие, как электроны, отрицательным зарядом, только гораздо тяжелее.
2. И они будут летать со скоростью света -электроны, мюоны, тяжелые частицы, отвечающие за слабые взаимодействия.
3. Этот же слой способен регистрировать редкие космические мюоны, "проскочившие" сквозь 100-метровую толщу скал, которая окружает подземную лабораторию.
4. Протоны, нейтроны в различных возбужденных состояниях за очень маленький промежуток времени - в десять в минус двадцатой степени секунды - разделились на пионы, мюоны и электроны.
5. - Если у нас есть идеи сталкивать мюоны, то инопланетяне, если они существуют, тоже об этом подумывают, - сказал ученый в интервью авторитетному журналу NewScientist.