МЮО́НИЙ

МЮО́НИЙ (Mu), ме­та­ста­биль­ная во­до­ро­до­по­доб­ная сис­те­ма, со­стоя­щая из по­ложи­тель­но за­ря­жен­но­го мюо­на $μ^+$, иг­раю­ще­го роль яд­ра, и элек­тро­на. Вре­мя жиз­ни М. оп­ре­де­ля­ет­ся вре­ме­нем жиз­ни сво­бод­но­го мюо­на $τ≈2,2·10^{–6}$ с. На­ря­ду с по­зи­тро­ни­ем, М. яв­ля­ет­ся про­стей­шей двух­час­тич­ной чис­то леп­тон­ной сис­те­мой.

Энер­ге­тич. уров­ни М. в низ­шем при­бли­же­нии опи­сы­ва­ют­ся урав­не­ни­ем Шрёдин­ге­ра и не­зна­чи­тель­но от­ли­ча­ют­ся от уров­ней энергии ато­ма во­до­ро­да толь­ко за счёт раз­ных зна­че­ний при­ве­дён­ной мас­сы. С учё­том взаи­мо­дей­ст­вия маг­нит­ных мо­мен­тов элек­тро­на и мюо­на осн. со­стоя­ние $1S$ рас­ще­п­ля­ет­ся на две ком­по­нен­ты (сверх­тон­кое рас­ще­п­ле­ние), со­от­вет­ст­вую­щие двум зна­че­ни­ям пол­но­го спи­на ($F=1$ и $F=0$). В пер­вом при­бли­же­нии ве­ли­чи­на сверх­тон­ко­го рас­ще­п­ле­ния осн. со­стоя­ния рав­на (Э. Фер­ми, 1930): $$Δν_F = (16/3)α^2cR_∞ (m_e/m_μ)(1+m_e/m_μ)^{–3},$$где $α$ – по­сто­ян­ная тон­кой струк­ту­ры, $c$ – ско­рость све­та, $R_∞$  – по­сто­ян­ная Рид­бер­га, $m_e$ – мас­са элек­тро­на, $m_μ$ – мас­са мюо­на. Кван­то­вые и ре­ля­ти­ви­ст­ские по­прав­ки к ве­ли­чи­не $Δν_F$ име­ют вид ря­да по двум ма­лым па­ра­мет­рам $α$ и $m_e/m_μ$. Из-за сво­ей чис­то леп­тон­ной при­ро­ды М. иде­аль­но под­хо­дит для тео­ре­тич. рас­чётов в рам­ках кван­то­вой элек­тро­ди­на­ми­ки; от­но­си­тель­но не­боль­шой вклад силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия по­яв­ля­ет­ся толь­ко при учё­те ад­рон­ной по­ля­ри­за­ции ва­куу­ма.

С др. сто­ро­ны, М. – од­на из не­мно­гих чис­то леп­тон­ных атом­ных сис­тем, до­ступ­ная для пре­ци­зи­он­ных экс­пе­ри­мен­тов. Для из­ме­ре­ния ве­ли­чи­ны сверх­тон­ко­го рас­ще­п­ле­ния М. по­ме­ща­ют в силь­ное по­сто­ян­ное маг­нит­ное по­ле, в ко­то­ром осн. со­стоя­ние вслед­ст­вие эф­фек­та Зее­ма­на рас­ще­п­ля­ет­ся на 4 уров­ня с разл. про­ек­ция­ми спи­нов элек­тро­на и мюо­на $(±1/2,\, ±1/2)$. До­пол­нит. сла­бое ра­дио­час­тот­ное по­ле вы­зы­ва­ет пе­ре­хо­ды $(1/2,\, 1/2) ↔ (1/2,\, –1/2)$ и $(–1/2,\, –1/2) ↔(–1/2,\, 1/2)$ на час­то­тах $ν_{12}$ и $ν_{34}$ со­от­вет­ст­вен­но. На­прав­ле­ние спи­на мюо­на кон­тро­ли­ру­ет­ся по асим­мет­рии уг­ло­во­го рас­пре­де­ле­ния по­зи­тро­нов, об­ра­зую­щих­ся при рас­па­де мюо­на.

Наи­бо­лее точ­ное экс­пе­рим. зна­че­ние сверх­тон­ко­го рас­ще­п­ле­ния $Δν=ν_{12}+ν_{34}= 4463302765(53)$ Гц пре­крас­но со­гла­су­ет­ся с тео­ре­тич. рас­чё­та­ми.

В слу­чае сво­бод­но­го М. тео­ре­тич. и экс­пе­рим. дан­ные по сверх­тон­ко­му рас­ще­п­ле­нию ис­поль­зу­ют­ся для уточ­не­ния зна­че­ний ря­да фун­дам. фи­зич. кон­стант. Свя­зан­ный в ве­ще­ст­ве М. при­ме­ня­ет­ся для ис­сле­до­ва­ния фи­зи­ко-хи­мич. свойств кон­ден­си­ров. сред (ме­тод мю­он­ной спи­но­вой ре­лак­са­ции).