МЮО́НИЙ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
Книжная версия:
Электронная версия:
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).