Физическая энциклопедия




Физическая энциклопедия
АДРОННЫЕ АТОМЫ -
АДРОННЫЕ АТОМЫ
АДРОННЫЕ АТОМЫ

- атомоподобные системы, в к-рых положительно заряж. ядро за счёт кулонов-ского притяжения удерживает отрицат. адрон. Наблюдались пионные 111992-181.jpg , каонные 111992-182.jpg, антипротонные 111992-183.jpg и гиперонные 111992-184.jpg атомы. Изучение А. а. даёт информацию и об адроне и о ядре (масса и магн. момент адрона, распределение вещества в ядре, поляризуемость адрона и ядра), а также об их взаимодействии (рассеяние и поглощение адрона ядром).

А. а. образуется при замедлении отрицат. адрона в веществе. Адрон захватывается атомом с образованием высоковозбуждённого состояния с главным квантовым числом 111992-185.jpg , где т- масса адрона, т е - масса электрона (при таких п радиус атомной орбиты адрона, обратно пропорциональный его массе, сравним с радиусами электронных орбит). Возбуждение атома снимается за счёт каскада оже-пере-ходов и электрич. дипольных переходов адрона с одного уровня на другой, сопровождающихся испусканием рентг. излучения (см. Мулътиполъное излучение, оже-спектроскопия). При этом преимущественно заселяются круговые орбиты, т. е. состояния с l=п-1, где l - момент кол-ва движения. Когда адрон достигает состояний с небольшими п, становятся существ. эффекты сильного взаимодействия, что приводит к захвату адрона ядром.

Атомные уровни, между к-рыми происходит переход адрона, сопровождаемый рентг. излучением, имеют в осн. такую же природу, что и уровни в обычных электронных атомах. Их положение приближённо описывается решением Клейна - Гордона уравнения для пионных атомов или Дирака уравнения для 111992-186.jpg, 111992-187.jpg и 111992-188.jpgатомов в случае точечного ядра с зарядом Z. Т. к. масса адрона много больше массы электрона, то в состояниях с п<5-6 адрон находится внутри самой глубокой электронной оболочки, где экранирование поля ядра несущественно, т. е. имеет место водородоподобная система (поправки на экранирование существенны лишь при больших п). Небольшие поправки возникают из-за учёта конечности размеров ядра и поляризации вакуума. Кроме того, для низких орбит существенны эффекты, связанные с сильным адрон-ядерным взаимодействием. Радиус орбиты адрона, как правило, много больше размера ядра, напр. для 111992-189.jpg радиусы 1s-состояний пионного и антипротонного атомов составляют 67фм и 10фм (для обычного атома 1,8*104 фм). Тем не менее с нек-рой долей вероятности адрон находится внутри ядра, что приводит к сдвигу и уширению уровня энергии за счёт сильного взаимодействия. Сдвиг уровня 111992-190.jpg связан с длиной адрон-ядерного рассеяния а (т. е. с амплитудой рассеяния при нулевой энергии системы, см. Рассеяние микрочастиц )соотношением, к-рое для s-состояний имеет вид

111992-191.jpg (1)

Здесь 111992-192.jpg - приведённая масса адрона и ядра, а 111992-193.jpg(0) - значение кулоновской волновой ф-ции адрона в центре ядра. Уширение уровня позволяет определить вероятность захвата адрона ядром.

При эксперим. исследовании А. а. измеряется энергия рентг. излучения (с помощью полупроводниковых детекторов либо кристалл-дифракц. спектрометров). Достигнутая точность в определении положения линии составляет 2 эВ. Как правило, ширины Г>100 эВ определяются непосредственно, а Г ~ 0,1-10 эВ - из соотношения интенсивностей разл. линий (рис. 1). Из рис. видно, как линия 2р -1s пионного атома выделяется среди интенсивных линий, принадлежащих мюонным атомам, возникновение к-рых неизбежно вследствие распада 111992-194.jpg -мезонов на лету (слева - калибровочная линия).

Наиб. изучены пионные атомы. Измерения сдвигов и ширин переходов (обусловленных сдвигом и уширением ниж. уровня) 2р-1sв атомах от 111992-195.jpg до 111992-196.jpg; 3d-2р-переходов от 111992-197.jpg до 111992-198.jpg; а также переходов 4f-3dи 5g-4f в широком диапазоне элементов позволяют сформулировать особенность 111992-199.jpg -атома: сдвиги ls-уровнеи отрицательны, т. е. отвечают отталкиванию пиона от ядра, сдвиги всех уровней с более высокими l положительны, т. е. соответствуют притяжению.

111992-200.jpg

Рис.1. Рентгеновский спектр пионного атома 111992-201.jpg при энергиях 111992-202.jpg вблизи линии 2р 111992-203.jpg1s (приняты обозначения, обычные для атомных спектров).

Такое поведение описывают введением нелокального оптич. потенциала пион-ядерного взаимодействия, содержащего зависимость от скорости 111992-204.jpg [1, 2]. Теоре-тич. соображения приводят к выводу о том, что сдвиги энергии 111992-205.jpg и ширины Г состояний с орбитальным моментом l должны возрастать с ат. номером Z пропорционально 111992-206.jpg, что приближённо выполняется (рис. 2).

111992-207.jpg

Рис. 2. Сравнение экспериментальных и теоретических значений сдвигов 111992-208.jpg и ширин Г 2р-уровней пионных атомов (теоретические точки соединены линиями).

Теория, как правило, даёт хорошее описание наблюдающихся сдвигов и ширин 1s-, 2p-, 3d-и 4f-уровней, за исключением легчайших атомов и (в ряде случаев) атомов с максимальным Z, при к-ром наблюдается соответствующая линия (т. е. в атоме с Z, на 1 большим, пион просто не доходит до соответствующего состояния, т. к. захватывается ядром с более высокой орбиты). Прецизионное определение массы пиона, к-рая входит как параметр в ф-лу для энергии уровня, по энергиям переходов 5g-4f и 6h-5g, даёт значение 111992-209.jpg МэВ (см. Пионы). Эксперим. изучение каонных атомов, с одной стороны, затруднено из-за меньшей интенсивность имеющихся пучков медленных каонов, а с другой - облегчено тем, что в 111992-210.jpg -атомах сдвиги и уширение уровней гораздо большие, чем в 111992-211.jpg. Это - следствие большой интенсивности каон-нуклонного взаимодействия при низких энергиях по сравнению с дион-нуклонным.

Теоретич. интерпретация эксперим. данных по каонным атомам (от Н до U) затруднена наличием близкого подпорогового резонанса 111992-212.jpg(1405) в системе 111992-213.jpg и сильным поглощением каона свободным нуклоном [2]. Наличие аномально большого сдвига 2р-уровня в А. а. 111992-214.jpg указывает на возможность существования в этой системе слабосвязанного ядерного р-со-стояния. Точное значение массы каона, полученное из измерений рентг. спектров высоких переходов каонных атомов,111992-215.jpg.

Пучки 111992-216.jpg -гиперонов нельзя создать вследствие очень короткого времени жизни (1,5*10-10 с) 111992-217.jpg -гиперона. Однако 111992-218.jpg -гиперонные атомы могут образовываться во вторичных взаимодействиях при торможении 111992-219.jpg в мишени. Эксперим. данные по сдвигам и ширинам уровней 111992-220.jpg -гиперонных атомов (с 1978) пока скудны (ок 10 переходов в ядрах от С до Ва). Из расщепления атомного уровня на подуровни тонкой структуры определён магн. момент 111992-221.jpg -гиперона (-1,48b0,37 ядерных магнетонов).

Изучение антипротонных атомов началось в 1970, точность измерений 111992-222.jpg и Г уровней мала, что обусловлено слабой интенсивностью антипротонных пучков. Качеств. скачок в точности результатов ожидается от экспериментов на установке LEAR (ЦЕРН), к-рая даёт пучки антипротонов низкой энергии с интенсивностью 106111992-223.jpg. Исследования антипротонных атомов, в первую очередь системы 111992-224.jpg, позволят выяснить возможность существования квазиядерных связанных состояний в системе нуклон-антинуклон (см. Барионий[3]). Масса антипротона из измерений рентг. спектров 111992-225.jpg , что согласуется с массой протона. По тонкому расщеплению уровней найден магн. момент антипротона, равный 2,795111992-226.jpg0,019 ядерного магнетона, что также согласуется с магн. моментом протона (2,793 ядерного магнетона).

Изучение А. а. может дать информацию о поляризуемости адрона, у к-рого в сильном электрич. поле на атомной орбите появляется наведённый дипольный момент, что приводит к дополнит. сдвигу уровня энергии. Верхняя оценка поляризуемости каона 0,02 фм 2.

Лит.:1)Бакенштосс Г., Пионные атомы, пер. с англ., "УФН", 1972, т. .107, с. 405; 2) Бетти С. Дж., Экзотические атомы, "ЭЧАЯ", 1982, т. 13, с. 164; 3) Шапиро И. С., Ядра из барионов и антибарионов, "УФН", 1978, т. 125, с. 577: 4) Бархоп Э., Экзотические атомы, пер. с англ., "УФН", 1972, т. 106, с. 528. В. М. Колыбасов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

МЕЗОАТОМЫ МЕЗОАТОМЫ МЕЗОАТОМЫ - атомы, в к-рых один из электронов оболочки замещён отрицательно заряж. частицей - мюоно. <чпли адроном, -мезонами, антипротоном и др.). Существование M. было предсказано Дж. А. У плером (J. A. Wheeler) в 1949 и вскоре подтвержден
,
АДРОННЫЕ АТОМЫ

- атомоподобные системы, в к-рых положительно заряж. ядро за счёт кулонов-ского притяжения удерживает отрицат. адрон. Наблюдались пионные 111992-181.jpg , каонные 111992-182.jpg, антипротонные 111992-183.jpg и гиперонные 111992-184.jpg атомы. Изучение А. а. даёт информацию и об адроне и о ядре (масса и магн. момент адрона, распределение вещества в ядре, поляризуемость адрона и ядра), а также об их взаимодействии (рассеяние и поглощение адрона ядром).

А. а. образуется при замедлении отрицат. адрона в веществе. Адрон захватывается атомом с образованием высоковозбуждённого состояния с главным квантовым числом 111992-185.jpg , где т- масса адрона, т е - масса электрона (при таких п радиус атомной орбиты адрона, обратно пропорциональный его массе, сравним с радиусами электронных орбит). Возбуждение атома снимается за счёт каскада оже-пере-ходов и электрич. дипольных переходов адрона с одного уровня на другой, сопровождающихся испусканием рентг. излучения (см. Мулътиполъное излучение, оже-спектроскопия). При этом преимущественно заселяются круговые орбиты, т. е. состояния с l=п-1, где l - момент кол-ва движения. Когда адрон достигает состояний с небольшими п, становятся существ. эффекты сильного взаимодействия, что приводит к захвату адрона ядром.

Атомные уровни, между к-рыми происходит переход адрона, сопровождаемый рентг. излучением, имеют в осн. такую же природу, что и уровни в обычных электронных атомах. Их положение приближённо описывается решением Клейна - Гордона уравнения для пионных атомов или Дирака уравнения для 111992-186.jpg, 111992-187.jpg и 111992-188.jpgатомов в случае точечного ядра с зарядом Z. Т. к. масса адрона много больше массы электрона, то в состояниях с п<5-6 адрон находится внутри самой глубокой электронной оболочки, где экранирование поля ядра несущественно, т. е. имеет место водородоподобная система (поправки на экранирование существенны лишь при больших п). Небольшие поправки возникают из-за учёта конечности размеров ядра и поляризации вакуума. Кроме того, для низких орбит существенны эффекты, связанные с сильным адрон-ядерным взаимодействием. Радиус орбиты адрона, как правило, много больше размера ядра, напр. для 111992-189.jpg радиусы 1s-состояний пионного и антипротонного атомов составляют 67фм и 10фм (для обычного атома 1,8*104 фм). Тем не менее с нек-рой долей вероятности адрон находится внутри ядра, что приводит к сдвигу и уширению уровня энергии за счёт сильного взаимодействия. Сдвиг уровня 111992-190.jpg связан с длиной адрон-ядерного рассеяния а (т. е. с амплитудой рассеяния при нулевой энергии системы, см. Рассеяние микрочастиц )соотношением, к-рое для s-состояний имеет вид

111992-191.jpg (1)

Здесь 111992-192.jpg - приведённая масса адрона и ядра, а 111992-193.jpg(0) - значение кулоновской волновой ф-ции адрона в центре ядра. Уширение уровня позволяет определить вероятность захвата адрона ядром.

При эксперим. исследовании А. а. измеряется энергия рентг. излучения (с помощью полупроводниковых детекторов либо кристалл-дифракц. спектрометров). Достигнутая точность в определении положения линии составляет 2 эВ. Как правило, ширины Г>100 эВ определяются непосредственно, а Г ~ 0,1-10 эВ - из соотношения интенсивностей разл. линий (рис. 1). Из рис. видно, как линия 2р -1s пионного атома выделяется среди интенсивных линий, принадлежащих мюонным атомам, возникновение к-рых неизбежно вследствие распада 111992-194.jpg -мезонов на лету (слева - калибровочная линия).

Наиб. изучены пионные атомы. Измерения сдвигов и ширин переходов (обусловленных сдвигом и уширением ниж. уровня) 2р-1sв атомах от 111992-195.jpg до 111992-196.jpg; 3d-2р-переходов от 111992-197.jpg до 111992-198.jpg; а также переходов 4f-3dи 5g-4f в широком диапазоне элементов позволяют сформулировать особенность 111992-199.jpg -атома: сдвиги ls-уровнеи отрицательны, т. е. отвечают отталкиванию пиона от ядра, сдвиги всех уровней с более высокими l положительны, т. е. соответствуют притяжению.

111992-200.jpg

Рис.1. Рентгеновский спектр пионного атома 111992-201.jpg при энергиях 111992-202.jpg вблизи линии 2р 111992-203.jpg1s (приняты обозначения, обычные для атомных спектров).

Такое поведение описывают введением нелокального оптич. потенциала пион-ядерного взаимодействия, содержащего зависимость от скорости 111992-204.jpg [1, 2]. Теоре-тич. соображения приводят к выводу о том, что сдвиги энергии 111992-205.jpg и ширины Г состояний с орбитальным моментом l должны возрастать с ат. номером Z пропорционально 111992-206.jpg, что приближённо выполняется (рис. 2).

111992-207.jpg

Рис. 2. Сравнение экспериментальных и теоретических значений сдвигов 111992-208.jpg и ширин Г 2р-уровней пионных атомов (теоретические точки соединены линиями).

Теория, как правило, даёт хорошее описание наблюдающихся сдвигов и ширин 1s-, 2p-, 3d-и 4f-уровней, за исключением легчайших атомов и (в ряде случаев) атомов с максимальным Z, при к-ром наблюдается соответствующая линия (т. е. в атоме с Z, на 1 большим, пион просто не доходит до соответствующего состояния, т. к. захватывается ядром с более высокой орбиты). Прецизионное определение массы пиона, к-рая входит как параметр в ф-лу для энергии уровня, по энергиям переходов 5g-4f и 6h-5g, даёт значение 111992-209.jpg МэВ (см. Пионы). Эксперим. изучение каонных атомов, с одной стороны, затруднено из-за меньшей интенсивность имеющихся пучков медленных каонов, а с другой - облегчено тем, что в 111992-210.jpg -атомах сдвиги и уширение уровней гораздо большие, чем в 111992-211.jpg. Это - следствие большой интенсивности каон-нуклонного взаимодействия при низких энергиях по сравнению с дион-нуклонным.

Теоретич. интерпретация эксперим. данных по каонным атомам (от Н до U) затруднена наличием близкого подпорогового резонанса 111992-212.jpg(1405) в системе 111992-213.jpg и сильным поглощением каона свободным нуклоном [2]. Наличие аномально большого сдвига 2р-уровня в А. а. 111992-214.jpg указывает на возможность существования в этой системе слабосвязанного ядерного р-со-стояния. Точное значение массы каона, полученное из измерений рентг. спектров высоких переходов каонных атомов,111992-215.jpg.

Пучки 111992-216.jpg -гиперонов нельзя создать вследствие очень короткого времени жизни (1,5*10-10 с) 111992-217.jpg -гиперона. Однако 111992-218.jpg -гиперонные атомы могут образовываться во вторичных взаимодействиях при торможении 111992-219.jpg в мишени. Эксперим. данные по сдвигам и ширинам уровней 111992-220.jpg -гиперонных атомов (с 1978) пока скудны (ок 10 переходов в ядрах от С до Ва). Из расщепления атомного уровня на подуровни тонкой структуры определён магн. момент 111992-221.jpg -гиперона (-1,48b0,37 ядерных магнетонов).

Изучение антипротонных атомов началось в 1970, точность измерений 111992-222.jpg и Г уровней мала, что обусловлено слабой интенсивностью антипротонных пучков. Качеств. скачок в точности результатов ожидается от экспериментов на установке LEAR (ЦЕРН), к-рая даёт пучки антипротонов низкой энергии с интенсивностью 106111992-223.jpg. Исследования антипротонных атомов, в первую очередь системы 111992-224.jpg, позволят выяснить возможность существования квазиядерных связанных состояний в системе нуклон-антинуклон (см. Барионий[3]). Масса антипротона из измерений рентг. спектров 111992-225.jpg , что согласуется с массой протона. По тонкому расщеплению уровней найден магн. момент антипротона, равный 2,795111992-226.jpg0,019 ядерного магнетона, что также согласуется с магн. моментом протона (2,793 ядерного магнетона).

Изучение А. а. может дать информацию о поляризуемости адрона, у к-рого в сильном электрич. поле на атомной орбите появляется наведённый дипольный момент, что приводит к дополнит. сдвигу уровня энергии. Верхняя оценка поляризуемости каона 0,02 фм 2.

Лит.:1)Бакенштосс Г., Пионные атомы, пер. с англ., "УФН", 1972, т. .107, с. 405; 2) Бетти С. Дж., Экзотические атомы, "ЭЧАЯ", 1982, т. 13, с. 164; 3) Шапиро И. С., Ядра из барионов и антибарионов, "УФН", 1978, т. 125, с. 577: 4) Бархоп Э., Экзотические атомы, пер. с англ., "УФН", 1972, т. 106, с. 528. В. М. Колыбасов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.

МЕЗОАТОМЫ МЕЗОАТОМЫ МЕЗОАТОМЫ - атомы, в к-рых один из электронов оболочки замещён отрицательно заряж. частицей - мюоно. <чпли адроном, -мезонами, антипротоном и др.). Существование M. было предсказано Дж. А. У плером (J. A. Wheeler) в 1949 и вскоре подтвержден

Заказать работу



наверх страницынаверх страницы на верх страницы





© Библиотека учебной и научной литературы, 2012-2016 Рейтинг@Mail.ru Яндекс цитирования