Astronet > Adronnye atomy

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Adronnye atomy

$Ris. 1. Rentgenovskii spektr pionnogo atoma 18O pri energiyah E vblizi linii 2p-1s (prinyaty oboznacheniya, obychnye dlya atomnyh spektrov. \\ Ris. 2. Sravnenie eksperimental'nyh i teoreticheskih znachenii sdvigov energii i shirin spektral'nyh linii 2p-urovnei pionnyh atomov (teoreticheskie tochki soedineny liniyami).$

Adronnye atomy - atomopodobnye sistemy, v kotoryh polozhitel'no zaryazhennoe yadro za schet kulonovskogo prityazheniya uderzhivaet otricatel'nyi adron. Nablyudalis' pionnye ( $\pi^-$ ), kaonnye ( $K^-$ ), antiprotonnye ( $\tilde{p}$ ) i giperonnye $\Sigma^-$ atomy. Izuchenie adronnyh atomov daet informaciyu i ob adrone i o yadre (massa i magnitnyi moment adrona, raspredelenie veshestva v yadre, polyarizuemost' adrona i yadra), a takzhe ob ih vzaimodeistvii (rasseyanie i pogloshenie adrona yadrom).

Adronnyi atom obrazuetsya pri zamedlenii otricatel'nogo adrona v veshestve. Adron zahvatyvaetsya atomom s obrazovaniem vysokovozbuzhdennogo sostoyaniya s glavnym kvantovym chislom $n>\sqrt{m/m_e}$ gde m - massa adrona, m_e - massa elektrona (pri takih n radius atomnoi orbity adrona, obratno proporcional'nyi ego masse, sravnim s radiusami elektronnyh orbit). Vozbuzhdenie atoma snimaetsya za schet kaskada ozhe-perehodov i elektricheskih dipol'nyh perehodov adrona s odnogo urovnya na drugoi, soprovozhdayushihsya ispuskaniem rentgenovskogo izlucheniya (sm. Mul'tipol'noe izluchenie, ozhe-spektroskopiya). Pri etom preimushestvenno zaselyayutsya krugovye orbity, t. e. sostoyaniya s l=n-1, gde l - moment kolichestva dvizheniya. Kogda adron dostigaet sostoyanii s nebol'shimi n, stanovyatsya sushestvennymi effekty sil'nogo vzaimodeistviya, chto privodit k zahvatu adrona yadrom.

Atomnye urovni, mezhdu kotorymi proishodit perehod adrona, soprovozhdaemyi rentgenovskim izlucheniem, imeyut v osnovnom takuyu zhe prirodu, chto i urovni v obychnyh elektronnyh atomah. Ih polozhenie priblizhenno opisyvaetsya resheniem Kleina-Gordona uravneniya dlya pionnyh atomov ili Diraka uravneniya dlya $K^-$ -, $\tilde{p}$ - i $\Sigma^-$ -atomov v sluchae tochechnogo yadra s zaryadom Z. T. k. massa adrona mnogo bol'she massy elektrona, to v sostoyaniyah s n<5-6 adron nahoditsya vnutri samoi glubokoi elektronnoi obolochki, gde ekranirovanie polya yadra nesushestvenno, t. e. imeet mesto vodorodopodobnaya sistema (popravki na ekranirovanie sushestvenny lish' pri bol'shih n). Nebol'shie popravki voznikayut iz-za ucheta konechnosti razmerov yadra i polyarizacii vakuuma. Krome togo, dlya nizkih orbit sushestvenny effekty, svyazannye s sil'nym adron-yadernym vzaimodeistviem. Radius orbity adrona, kak pravilo, mnogo bol'she razmera yadra, naprimer, dlya ⁷Li radiusy 1s-sostoyanii pionnogo i antiprotonnogo atomov sostavlyayut 67 fm i 10 fm (dlya obychnogo atoma $1,8\cdot 10^4$ fm). Tem ne menee s nekotoroi dolei veroyatnosti adron nahoditsya vnutri yadra, chto privodit k sdvigu i ushireniyu urovnya energii za schet sil'nogo vzaimodeistviya. Sdvig urovnya $\Delta\mathcal{E}$ svyazan s dlinoi adron-yadernogo rasseyaniya a (t. e. s amplitudoi rasseyaniya pri nulevoi energii sistemy, sm. Rasseyanie mikrochastic) sootnosheniem, kotoroe dlya s-sostoyanii imeet vid

$\Delta\mathcal{E}=-{\displaystyle 2\pi\over\displaystyle \mu}a|\psi(0)|^2$ . (1)

Zdes' $\mu$ - privedennaya massa adrona i yadra, a $\psi(0)$ - znachenie kulonovskoi volnovoi funkcii adrona v centre yadra. Ushirenie urovnya pozvolyaet opredelit' veroyatnost' zahvata adrona yadrom.

Pri eksperimental'nom issledovanii adronnyh atomov izmeryaetsya energiya rentgenovskogo izlucheniya (s pomosh'yu poluprovodnikovyh detektorov libo kristall-difrakcionnyh spektrometrov). Dostignutaya tochnost' v opredelenii polozheniya linii sostavlyaet 2 eV. Kak pravilo, shiriny G>100 eV opredelyayutsya neposredstvenno, a G $\sim$ 0,1-10 eV - iz sootnosheniya intensivnostei razlichnyh linii (ris. 1). Iz ris. vidno, kak liniya 2r-1s pionnogo atoma vydelyaetsya sredi intensivnyh linii, prinadlezhashih myuonnym atomam, vozniknovenie kotoryh neizbezhno vsledstvie raspada $\pi^-$ -mezonov na letu (sleva - kalibrovochnaya liniya).

Naibolee izucheny pionnye atomy. Izmereniya sdvigov i shirin perehodov (obuslovlennyh sdvigom i ushireniem nizhnego uronnya) 2p-1s v atomah ot ³Ne do ²⁴Mg; 3d-2p-perehodov ot ²⁴Mg do ⁸⁴Kg; a takzhe perehodov 4f-3d i 5g-4f v shirokom diapazone elementov pozvolyayut sformulirovat' osobennost' $\pi^-$ -atoma: sdvigi ls-urovnei otricatel'ny, t. e. otvechayut ottalkivaniyu piona ot yadra, sdvigi vseh urovnei s bolee vysokimi l polozhitel'ny, t. e. sootvetstvuyut prityazheniyu. Takoe povedenie opisyvayut vvedeniem nelokal'nogo opticheskogo potenciala pion-yadernogo vzaimodeistviya, soderzhashego zavisimost' ot skorosti $\pi^-$ . Teoreticheskie soobrazheniya privodyat k vyvodu o tom, chto sdvigi energii $\Delta\mathcal{E}$ i shiriny G sostoyanii s orbital'nym momentom l dolzhny vozrastat' s atomnym nomerom Z proporcional'no Z^{4(2l + 3)/2}, chto priblizhenno vypolnyaetsya {ris. 2). Teoriya, kak pravilo, daet horoshee opisanie nablyudayushihsya sdvigov i shirin 1s-, 2p-, 3d- i 4f-urovnei, za isklyucheniem legchaishih atomov i (v ryade sluchaev) atomov s maksimal'nym Z, pri kotorom nablyudaetsya sootvetstvuyushaya liniya (t. e. v atome s Z, na 1 bol'shim, pion prosto ne dohodit do sootvetstvuyushego sostoyaniya, t. k. zahvatyvaetsya yadrom s bolee vysokoi orbity). Precizionnoe opredelenie massy piona, kotoraya vhodit kak parametr v formulu dlya energii urovnya, po energiyam perehodov 5g-4f i 6h-5g, daet znachenie $m_{\displaystyle\pi^-}$ = 139,568 $\pm$ 0,002 MeV (sm. Piony). Eksperimental'noe izuchenie kaonnyh atomov, s odnoi storony, zatrudneno iz-za men'shei intensivnosti imeyushihsya puchkov medlennyh kaonov, a s drugoi - oblegcheno tem, chto v K^--atomah sdvigi i ushirenie urovnei gorazdo bol'shie, chem v $\pi^-$ . Eto - sledstvie bol'shoi intensivnosti kaon-nuklonnogo vzaimodeistviya pri nizkih energiyah po sravneniyu s pion-nuklonnym. Teoreticheskaya interpretaciya eksperimental'nyh dannyh po kaonnym atomam (ot N do U) zatrudnena nalichiem blizkogo podporogovogo rezonansa $\Lambda$ (1405) v sisteme K^-r i sil'nym poglosheniem kaona svobodnym nuklonom [2]. Nalichie anomal'no bol'shogo sdviga 2r-urovnya v adronnyh atomah K^{- 4}Ne ukazyvaet na vozmozhnost' sushestvovaniya v etoi sisteme slabosvyazannogo yadernogo $p$ -sostoyaniya. Tochnoe znachenie massy kaona, poluchennoe iz izmerenii rentgenovskih spektrov vysokih perehodov kaonnyh atomov, m_K=493,664 $\pm$ 0,018 MeV.

Puchki $\Sigma^-$ -giperonov nel'zya sozdat' vsledstvie ochen' korotkogo vremeni zhizni (1,5 $\cdot$ 10¹⁰ s) $\Sigma^-$ -giperona. Odnako $\Sigma^-$ -giperonnye atomy mogut obrazovyvat'sya vo vtorichnyh vzaimodeistviyah pri tormozhenii K^- v misheni. Eksperimental'nye dannye po sdvigam i shirinam urovnei $\Sigma^-$ -giperonnyh atomov (s 1978) poka skudny (okolo 10 perehodov v yadrah ot S do Va). Iz rasshepleniya atomnogo urovnya na podurovni tonkoi struktury opredelen magnitnyi moment $\Sigma^-$ -giperona (-1,48 $\pm$ 0,37 yadernyh magnetonov).

Izuchenie antiprotonnyh atomov nachalos' v 1970, tochnost' izmerenii $\Delta\mathcal{E}$ i G urovnei mala, chto obuslovleno slaboi intensivnost'yu antiprotonnyh puchkov. Kachestvennyi skachok v tochnosti rezul'tatov ozhidaetsya ot eksperimentov na ustanovke LEAR (CERN), kotoraya daet puchki antiprotonov nizkoi energii s intensivnost'yu 10⁶ r/s. Issledovaniya antiprotonnyh atomov, v pervuyu ochered' sistemy $\tilde{p}p$ , pozvolyat vyyasnit' vozmozhnost' sushestvovaniya kvaziyadernyh svyazannyh sostoyanii v sisteme nuklon-antinuklon (sm. Barionii). Massa antiprotona iz izmerenii rentgenovskih spektrov $m_{\tilde{p}}=938,202\pm 0,036$ MeV, chto soglasuetsya s massoi protona. Po tonkomu rasshepleniyu urovnei naiden magnitnyi moment antiprotona, ravnyi 2,795 $\pm$ 0,019 yadernogo magnetona, chto takzhe soglasuetsya s magnitnym momentom protona (2,793 yadernogo magnetona). Izuchenie adronnyh atomov mozhet dat' informaciyu o polyarizuemosti adrona, u kotorogo v sil'nom elektricheskom pole na atomnoi orbite poyavlyaetsya navedennyi dipol'nyi moment, chto privodit k dopolnitel'nomu sdvigu urovnya energii. Verhnyaya ocenka polyarizuemosti kaona 0,02 fm².

"Fizicheskaya Enciklopediya"/Phys.Web.Ru
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Publikacii s klyuchevymi slovami: adrony - mezoatomy - adronnye atomy Publikacii so slovami: adrony - mezoatomy - adronnye atomy
Sm. takzhe: Adrony

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati