mukhin-fizika-elementarnykh-chastits (810757), страница 39
Текст из файла (страница 39)
(106.!2) ъ Опыт был поставлен на мюонном пучке синхроциклотрона. Облучалась газовая мишень из смеси дейтерия с трнтием (от 0,8 до 7,8%) прн температурах от 93 до 613 К. Схема установки изображена на рис. 407. Здесь 1-- сцин- тИЛЛяцИОННЫЕ ' СЧЕТЧИКИ МЮО- Р«с. 407 нов; 2 — фильтр; 3 — коллнматор; 4 — кристаллический счетчик мюонов из С81(Т!); 5-- детекторы нейтронов с жидким сцинтиллятором )ч(Е-213; 6 — детекторы с пластиковыми сцинтилляторами для регистрации электронов )(-распада; 7 газовая мишень; 8 — вакуумная камера, В результате опыта были измерены поток и распределение во времени нейтронов от реакции с()с( — 4Не+и+)з и определены Хвх и нижняя граница ).; )ь,„=(2,7+0,9) 10а с '; Х„)10в с '.
(106.13) Оба экспериментальных результата согласуются с теоретическими предсказаниями и значительно превосходят скорость распада мюона )ьп=4,6 10' с '. Эксперимент подтвердил также и теоретическую оценку вероятности И'", захвата мюона ядром 4Не, которая оказалась даже меньше предсказанного значения (И~, (0,01)в*. Поэтому принципиальная возможность использования )ь-катализа для осуществления управляемого термоядерного процесса выглядит достаточно оптимистично.
Действительно, энергетическая «стоимость» одного мюона, как показывают оценки, составляет 5 — 10 ГэВ, В 150 циклах р-катализа выделится 150 х 17,6=2,6 ГэВ, т. е. в 2 — 4 раза меньше. Но если использовать быстрые нейтроны (Т„=14 МэВ), возникающие в реакции с(+(-+ 4Не+и, для деления дешевого изотопа урана ' а(1 (из которого можно изготовить оболочку реактора — бланкет), то энерговыделенне может быть увеличено в Диымиов В.
П., Зтнсв В. Г. Препринт ОИЯИ, Д1-1290. Дубна. 1979. 44 В 1984 г. удалось зарегистрировать 150 циклов р-катализа, и судя по новым оценкам Нс„можно рассчитмвагь на егце болыпее число спсклов (см, Воробьев А. А. Мюонный катализ ядерных реакций синтеза!(Успехи физ. наук. 1980. Т. 148. Вып. 4. С. 719 — 723). Гама ХЬ'Ш. Лвеионы примерно в 10 раз. При этом можно будет еще получать очень ценные для ядерной энергетики тритий и делящийся тепловыми нейтронами изотоп плутония 'вара. Таким образом, в принципе проблема осуществления холодного синтеза представляется разрешимой, так как имеется большое превышение энерговыделения над знерго затратами, которого должно хватить на преодоление всевозможных технических трудностей. 2.
р-АТОМЫ БОЛЕЕ ТЯЖЕЛЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Выше мы говорили о р-атомах водорода, для которых радиус К-орбиты и энергии связи мюона Ях .й /200 0 5,10-в/200 0 3,10-1о см а„:=13,6 200вв2,5 кэВ. Отрицательный мюон может захватиться и тяжелым атомом, для которого и 1/У и ~'в'т (106.15) Первоначально мюон захватывается на высокую орбиту. При этом стряхиваются электроны. За время порядка 10 гз с мюон спускается на нижние орбиты, испуская характеристическое рентгеновское излучение. Его энергию можно подсчитать по формуле Е= в Енж2002вЕн. 2вт те Так, для,зТ1 Увт„/т,=10' и для серии Лаймена энергии квантов должны бйть равны 10'110 — 13) зВ=1,0 —:1,3 МэВ, а для урана 92в 200 Е„=17 —;22 МэВ.
Эти оценки предполагают, что ядро, если его рассматривать с орбиты мюона, является точечным. Однако на самом деле даже для ввТ1 й~„жЯ„, а для ~,1) 0,3 -1О 11 ' =3 10 'всм<й. (106.17) В связи с этим в опытах получаются отличные от расчета результаты, которые можно использовать для оценки радиуса ядра. Опыт был поставлен в соответствии со схемой, изображенной на рис. 408. Здесь 1 — 4 — Ха 1- и (1.1 — Се)-счетчики, П— поглотитель, М вЂ” мишень, Д вЂ” детектор, СС вЂ” схема совпадений, САС вЂ” схема антисовпадений, У вЂ” усилитель, Ал — анализатор.
У !06. Взаи.иодействис мюооон с неиЗество.и !95 В опытах для Ет, получились значения на 80 кэВ мень,ше расчетных, а для Ец — в 3 раза меньше. Расхождение устраняется, если в расчете вместо Я„= 0 взять Л =1,2 10-"А'" (Я— в см). Для распределения электрического заряда р было получено выражение ~~ ~!и! СС Сос рис. 408 р(г)= ' —, (106.!8) 1+ехр ~ — ~ где 8=0,55 фм; в(=446=24 фм; Яо=!,1 А'" (11,-в фм) (см. рис. 28).
Этот результат близок к получаюшемуся при изучении рассеяния релятивистских электронов на ядрах (см. 9 4, п. 3). 3. ЧЮОНИЙ * Подробнее о мкюнисвом меюде изучении физико-химических свойств вензества см. Гуревич И. И., Никозьский Б. А.
ЛУснсхи физ. наук. !97б. Т. ! !9. В . !. С. !б9 — !Зз. При соударениях положительного мюона (р~) с атомами среды, через которую он движется, мюон может захватить электрон и образовать связанную систему !з" е — мюоний (Ми). Мюоний, так же как позитроний, является водородоподобным атомом, роль протона в котором выполняет положительный мюон. По своим химическим свойствам мюоний аналогичен атомарному водороду, но в отличие от последнего он является меченым атомом, так как за взаимодействием мюона можно следить, наблюдая прецессию его спина в магнитном поле (по периодичности изменения интенсивности испускаемых позитронов, см.
9 104). Это дает возможность измерять скорость химической реакции мюония (па изменению характера прецессии в момент вступления Ми в химическую реакцию). Если известно отношение скоростей химических реакций мюония и атомарного водорода, то, зная скорость химической реакции мюония, можно определить ее скорость для атомарного водородав. т еаеа ХП11. Лелглааы $107. т-Лвптон и т-нвйтрино Существование мюона †части, которая по всем свойствам, кроме массы и времени жизни, идентична электрону, очень долго было одной из самых трудных загадок физики элементарных частиц: зачем нужен мюон? Сейчас положение изменилось, так как в соответствии с теорией электрослабого взаимодействия и квантовой хромодинамнкой истинно элементарными частицами являются кварки, глюоны, лептоны, фотон и Я'- и И'х-бозоны, между которыми должна существовать тесная связь.
В частности, согласно теории Вайнберга — Салама число кварков должно быть равно числу лептонов. Поэтому когда в конце 1974 г, был открыт четвертый с-кварк 1см. 9 125), существование мюона стало оправданным, а открытие летом 1977 г. пятого Ь-кварка 1см. 9 126) потребовало обнаружения нового, пятого 1третьего заряженного) лептона. Впервые т-лептоне был обнаружен еще в 1975 г.
в Стан- форде в результате исследования аномальных событий (см. ниже), но вполне надежно его существование было доказано в начале 1978 г., а к концу 1980 г. было зарегистрировано несколько десятков тысяч пар тат , что позволило хорошо установить свойства т-лептона. История открытия т-лептона нетривиальна. В первых экспериментах были получены только намеки на существование частицы с массой тал1,8 ГэВ. Расчеты, сделанные в предположении, что частица с такой массой участвует подобно е и р в универсальном слабом взаимодействии и имеет «свое» нейтрино э„позволили оценить время жизни и рассчитать относительные вероятности распацов т-лепт она по разным каналам: е ч,ч, 0,174 ч„ч, 0,176 я ч, 0,101 т -+ рч, 0,218 0,081 адроны (>3 заряженных +ппо)ч, 0,187 к р ч, 0,054 (107.1) ' От греческого слова трутов- — третий.
Подробности открытия см. Перл. М. Открытие новой элементарной частицы — тя~келого т-лептонаб Успеха фнэ. наук, 1979. Т. 129. Вып. 4. С 671 — 634. й Ю7. и-Лентон и т-нейнрино Теоретическую оценку времени жизни т-лептона очень грубо можно получить из формулы 1/т .Ев (см. З 18), согласно которой с,=(еи„/ел,) тив„ ГДЕ 7пи И т„— МаССа И ВРЕМЯ ЖИЗНИ МЮОНа; 7И, — МаССа т-лептона; а, †относительн вероятность его распада по каналу т - е9,о,.
Эта оценка дает т,=3 10 гв с„ Я,=ст,ж =0,1 мм. Из малости т, и Я, следует, что обнаружить т-лептон по пробегу Я, нельзя (кроме фотоэмульсионного метода). Из схем распада вытекает, что его нельзя обнаружить и по кинематике (так как среди вторичных частиц имеются нейтрино). Поэтому для обнаружения т-лептонов был использован нестандартный метод исследования так называемых аномальных событий типа е+е -ет'т - е'р +н.ч. и е+е — т т — е и++и.ч.
илн вообще е+е - т+т — етХь+нч., где Х вЂ” любая заряженная частица, кроме электрона (позитрона), а н. ч.— нейтральная частица. Таким образом, аномалия заключается в том, что рассматривается такое сочетание каналов ~аспада рожденной пары т+- и т -лептонов, при котором т распадается, например, по схеме т+ - е" о,й„а т — по любой другой (без е ).
Изучение энергетической зависимости аномальных событий позволило определить массу т-лептона по порогу сечения и спин по форме кривой. Масса т-лептона' ел,=(1784,1~3,2) МэВ. Спин я,=1/2. Экспериментальное значение времени жизни т-лептона т,=(3,04+0,09).10 'в с. Исследование спектра электронов от распада вида с - е й, ч, показало, что этот распад согласуется с ( Р'— А)-теорией. Из спектра электронов следует 7п, (35 МэВ. Если и, стабильно, то из космологических соображений следует еин ~ 30 ЭВ.
ЕСЛИ 777чтО, та НанбОЛЕЕ ЕСтЕСтВЕННО ПрЕдПОЛОжИтЬ, что и, имеет левую спи ральность. Из сравнения Г(т -н и,) = 0,52+0,07 с теоретическим значением (0,6) следу- Г(т -~е йеу,) ет я„=1/2. Из поведения сечения «т(е+ е с+ т ) следует универсальность электромагнитного взаимодействия для всех заряженных лепгонов (е, ц, т) и справедливость квантовой электродинамики до расстояний около 1О 'е см, Таким образом, все лептонея можно считать точечными частицами, радиус которых Я <1О 'е см. е Приведены современные денные длв т„п и т„е Глава ХУП1.
Леатоны В настоящее время принято считать, что т-лептон аналогичен е- и ц-лептонам и характеризуется новым лептонным зарядом х,„который равен 1 для т и м„— 1 для тв и 9, и 0 для всех остальных частиц (включая электронные и мюонные лептоны). Из существования двух новых лентонов г и ч, и теории Вайнберга †Сала следует, что должен существовать шестой кварк 1 (который пока не обнаружен; подробнее см. З 126). Сейчас ничего нельзя сказать о возможности существования лептонов более тяжелых, чем т-лептон.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
