Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 41
Частица
Лептонный заряд L„
Спиральность
р/\р\
Частица
Лептонный заряд L„
Спиральность
рцр\
+ 1 -1
+ 1 -1
-t-1 -1
-} + 1
* В дальнейшем мы увидим, что.кроме перечисленных зарядов — квантовых чисел (см. примечание на с. 214 первой книги)—существуют еще три квантовых числа с аналогичными свойствами: странность (§ 116), очарование (§ 125) и прелесть (§ 126).
** По данным 1988 г. т„,<18эВ.
*** Напомним, что, строго говоря, понятие «спиральность» можно вводить только для частиц с т=0. Для частиц с тФО следует говорить о продольной поляризации.
188
Глава Will. Пептоны
Рис. 402
Спиральность vM вытекает из схемы распада тс~-»ц"+уц, при котором отрицательный мюон и уц разлетаются в разные стороны (рис. 401) с полным моментом количества движения, равным нулю (такяак s„ = 0). Из схемы распада очевидно, что спиральности ц~ и уц одинаковы: обе равны +1. Если спиральность vM положительна, то спиральность ее античастицы vM должна быть отрицательна. Из схемы распада tc + -»u + +vm вытекает также отрицательная спиральность положительного мюона.
Независимо от этого рассуждения спиральность vM может быть установлена из схемы распада д~-мюона n_-»e_ + ve + vM, в которой известны спиральности трех частиц (ц~, е~ и ve) и спины всех частиц. Действительно, рассмотрим распад, соответствующий вылету электрона с максимальной энергией (т. е. вылету vM и ve в противоположном направлении). Тогда из закона сохранения момента количества движения и известной ориентации спинов ц~, е~ и ve следует, что vM должно иметь спин, направленный против своего импульса (рис. 402), т. е. отрицательную спиральность. Спиральность ц+ определяется из распада тс + ->ц ++vM.
§ 106. Взаимодействие мюонов с веществом
1. ц-АТОМЫ И ц-МОЛЕКУЛЫ ВОДОРОДА. ц-КАТАЛИЗ
Как известно, одной из важнейших задач современной ядерной физики и физики плазмы является осуществление управляемой термоядерной реакции, т. е. получение энергии синтеза из реакций
d+t^He+n и d+d[*]He + n' (106.1)
U3H+/>.
Чтобы эти реакции пошли с большой вероятностью (за счет туннельного эффекта), ядра должны быть сближены до расстояний порядка 10 1—Ю-10 см. Эту задачу сейчас пытаются решить нагреванием dt- или ^/-смесей до температуры 108—
§ 106. Взаимодействие мюонов с веществом
189
109°, которая соответствует настолько высокой кинетической энергии теплового движения, что ионы с такой энергией способны сближаться на необходимые расстояния несмотря на противодействие кулоновского барьера. Нагревание можно проводить квазинепрерывно в системах типа Токамак или импульсно пучками лазера, релятивистских электронов или ионов.
Есть еще один потенциальный путь инициирования реакции синтеза — использование явления u-катализа. Мы говорили, что масса мюона /им^200те и что тм = 2,2 • 10~6 с, а по остальным свойствам он аналогичен электрону. В частности, отрицательный мюон может заменить электрон на боровской орбите атома и образовать ц--атом (рис. 403, а). Из-за mJmex2Q0 радиус ц-орбиты в ц-атоме примерно в 200 раз меньше радиуса е-орбиты. Соответственно u-атомы типа ц~ р, ц_d и ]х~t в 200 раз меньше, чем соответствующие изотопы водорода ХН, 2Н> и 3Н. Благодаря этому обстоятельству и нулевому электрическому заряду ц-атом может близко подойти к ядру и образовать ц-молекулу типа p]xd, d\id, d\it, размеры которой достаточно малы (Ю-11 —10~10 см) для протекания реакций pd, dd или dt за счет туннельного перехода (рис. 403, б).
Если, например, реакция dt успеет произойти до того, как мюон распадется, и при этом он не захватится ядром 4 Не, а освободится, то в принципе этот мюон может провза-имодействовать второй, третий, л-й раз, инициируя в каждом акте новую реакцию dt:
</-И-и + 4Не, Q= 17,6 МэВ. (106.2)
В 1957 г. Альварецу впервые удалось зарегистрировать в водородной пузырьковой камере с естественной примесью дейтерия явление ц-катализа, состоящего из четырех этапов:
образование ц "-атома, ц~ р; (106.3)
190
Глава XVIII. Пептоны
изотопный обмен, u~p + d-*\i~~d+p; (106.4)
образование ц "-молекулы, ц~d+p-*p\i~d; (106.5)
синтез с освобождением мюона, р\х~d->3He + \i~. (106.6)
На 2500 остановок первичного мюона было обнаружено 15 вторичных мюонов*, следы которых начинаются на расстоянии 1 мм от конца следов первичных мюонов (рис. 404). Средняя энергия вторичного мюона Гм = 5,3 МэВ. Разрыв между концом следа первичного и началом следа вторичного мюонов объясняется процессом изотопного обмена (106.4), который идет с выделением энергии 135 эВ, равной разности энергии связи мюона в u~d- и ц ""^-системах. Эта энергия распределяется между ц- d и р, благодаря чему u~ d приобретает кинетическую энергию 7T(1-d = 48 эВ, соответствующую пробегу 1 мм.
Малое количество (15 на 2500) вторичных мюонов может быть связано с тем, что скорость какого-либо этапа ц-катализа меньше скорости распада мюона. Таким образом, очень важно рассчитать или измерить скорости Х{ всех этапов ц-катализа. Второй возможной причиной малой вероятности ц-катализа может быть наличие реакции
