Մյուոն

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
(Վերահղված է Մյուոններից)
Մյուոն, մյու-մեզոն
Moon's shadow in muons.gif
Ենթադաս Լեպտոն
Դասակարգում Ֆերմիոն
Կազմություն Տարրական մասնիկ
Վիճակագրություն Ֆերմիոնային
Սերունդ Երկրորդ
Հիմնարար փոխազդեցություններ Էլեկտրամագնիսականություն
Ձգողականություն
Թույլ փոխազդեցություն
Նշանակումը {\mu}^-
Հակամասնիկ Հակամյուոն ({\mu}^+)
Հայտնագործում Կառլ Անդերսոն, Սեթ Նեդերմեյեր, 1936թ․
Հայտնագործման տարեթիվ 1937
Զանգված 105.6583715(35) ՄէՎ/c2[1]
Կյանքի տևողություն 2.1969811(22)×10-6 վ[1]
Էլեկտրական լիցք −1e
Սպին 12
Մոնտե Կարլո դրույթով համար 13
Դյուի տասնորդական դասակարգում 539.72114

Մյուոն, մյու մեզոն, անկայուն տարրական մասնիկ տարրական մասնիկների Ստանդարտ մոդելում։ Նշանակվում է հունարեն μ տառով։ Էլեկտրական լիցքը բացասական է, սպինը 12 է։ Էլեկտրոնի, տաու-լեպտոնի և նեյտրինոյի հետ դասվում է ֆերմիոնների ընտանիքի լեպտոնների շարքին։ Հավանաբար նրանց պես չունի ներքին կառուցվածք՝ կազմված չէ ավելի փոքր մասնիկներից։ Ինչպես հիմնարար ֆերմիոնները, մյուոնը նույնպես ունի իր հակամասնիկը, որի քվանտային թվերը (այդ թվում՝ էլեկտրական լիցքը) նշանով հակառակ են մյուոնին, սակայն հավասան են զանգվածով և սպինով։ Մյուոնի հակամասնիկը կոչվում է հակամյուոն, հաճախ մյուոնին և հակամյուոնին անվանում են բացասական մյուոն և դրական մյուոն։ Մյուոններ են կոչվում նաև մյուոնների և հակամյուոնների խմբերը։

Պատմական պատճառներով մյուոնին անվանում են նաև մյու-մեզոն, սակայն մյուոնը տարրական մասնիկների ֆիզիկայի ժամանակակից պատկերացումներով մեզոն չէ։ Մյուոնի զանգվածը 207 անգամ մեծ է էլեկտրոնի զանգվածից, այդ պատճառով մյուոնը կարելի է դիտարկել որպես շատ ծանր էլեկտրոն։ Մյուոնը նշանակվում է μ, հակամյուոնը՝ μ+։

Երկրի վրա մյուոններ գրանցվում են տիեզերական ճառագայթներում։ Նրանք առաջանում են լիցքավորված պիոնների տրոհման արդյունքում։ Պիոնները ստեղծվում են մթնոլորտի վերին շերտերում առաջնային տիեզերական ճառագայթների միջոցով և ունեն շատ կարճ տրոհման ժամանակ՝ մի քանի նանովայրկյան։ Մյուոնների կյանքի տևողությունը բավականին փոքր է՝ 2.2 միկրովայրկյան, դրանով հանդերձ այս թիվը միկրոմասնիկի կյանքի տևողության ռեկորդ կարելի է համարել։ Մյուոնից ավելի երկար ապրում է միայն ազատ նեյտրոնը։ Սակայն տիեզերական ճառագայթների մյուոնները ունեն լույսի արագությանը մոտ արագություններ, այնպես որ հարաբերականության հատուկ տեսության ժամանակի դանդաղման էֆեկտի հետևանքով նրանց հեշտ է հայտնաբերել Երկրի մակերևույթի մոտ։

Ինչպես և մյուս լիցքավորված լեպտոնների դեպքում, գոյություն ունեն մյուոնային նեյտրինո և դրան համապատասխան հականեյտրինո, որոնք ունեն նույն բույրը, ինչ և մյուոնը (հակամյուոնը)։ Մյուոնային նեյտրինոն նշանակվում է νμ, հականեյտրինոն՝ νμ։ Մյուոնը գրեթե միշտ տրոհվում է էլեկտրոնի, էլեկտրոնային հականեյտրինոյի և մյուոնային նեյտրինոյի (համապատասխանաբար, հակամյուոնը՝ պոզիտրոնի, էլեկտրոնային նեյտրինոյի և մյուոնային հականեյտրինոյի)։ Գոյություն ունեն նաև ավելի հազվադեպ տրոհումներ, երբ առաջանում է լրացուցիչ ֆոտոն կամ էլեկտրոն-պոզիտրոնային զույգ։

Մյուոնի տրոհման Ֆեյնմանի դիագրամ

Պատմությունը[խմբագրել]

Մյուոնը հայտնաբերել է Կառլ Անդերսոնը 1936 թվականին, տիեզերական ճառագայթներն ուսումնասիրելու ժամանակ։ Նա նկատեց մասնիկներ, որոնք մագնիսական դաշտով անցնելիս ավելի քիչ են շեղվում, քան էլեկտրոնները, բայց ավելի սակավադեպ են, քան պրոտոնները։ Առաջարկ եղավ, որ նրանց էլեկտրական լիցքը հավասար է էլեկտրոնի լիցքին, և շեղումների տարբերությունները բացատրելու համար անհրաժեշտ էր, որ այդ մասնիկներն ունենային էլեկտրոնի և պրոտոնի միջև ընկած միջանկյալ զանգված։

Այս պատճառով Անդերսոնը սկզբում նոր մասնիկն անվանեց «մեզոտրոն»՝ օգտագործելով հունարեն «մեզո-»՝ միջանկյալ նախածանցը։ Դրանից հետո շուտով հայտնաբերվեցին միջանկյալ զանգվածներով ուրիշ մասնիկներ, և նրանց համար ընդունվեց մեզոն ընդհանուր անվանումը։ Տարբեր տիպի մեզոնների նշանակումով պայմանավորված՝ մեզոտրոնը վերանվանվեց «մյու-մեզոն»։ Մինչև պի-մեզոնի բացահայտումը մյուոնը համարվում էր ուժեղ փոխազդեցությունը կրողի թեկնածու, որն անհրաժեշտ էր Յուկավայի մինչ այդ մշակած տեսության համար։ Սակայն նկատվեց, որ մյուոնը ուժեղ փոխազդեցության մեջ չի մտնում, և որոշ ժամանակ, մինչև պի-մեզոնի հայտնաբերումը, մյուոնի այդ վարքը հանելուկ էր։ Շուտով նկատվեց, որ մյու-մեզոնը էապես տարբերվում է մյուս մեզոններից (օրինակ, նրա տրոհման արգասիքները ներառում էին նեյտրինո և հականեյտրինո և ոչ թե կամ մեկը, կամ մյուսը, ինչը դիտվում էր մյուս մեզոնների մոտ։ Այսպիսով, մյու-մեզոնը ընդհանրապես մեզոն չէր, և մյու-մեզոն տերմինը փոխարինվեց ժամանակակից՝ «մյուոն» տերմինով։

1970-ականների կեսերին ՑԵՌՆ-ում աշխատող փորձարար ֆիզիկոսները հետազոտում էին նեյտրինոյի ցրումը պրոտոնային թիրախի վրա։ Թույլ փոխազդեցության մասին այն ժամանակ հայտնի տվյալներից նրանք սպասում էին, որ բախման հետևանքով նեյտրինոն կվերածվի մյուոնի, իսկ պրոտոնը՝ բեկորների։ Նրանք զարմանքով նկատեցին, որ այդպիսի բախումի արդյունքում առաջանում են երկու մյուոններ՝ բացասական և դրական։

Սա տեսական մեծ քննարկում առաջացրեց, ինչը ավարտվեց դրական մյուոնի ի հայտ գալու բացատրությամբ։ Նեյտրինոյի և պրոտոնի բախումը առաջացնում է էչ միայն պրոտոնային բեկորներ և բացասական մյուոն, այլև՝ հմայված քվարկ, որը շուտով տրոհվում է տարօրինակ քվարկի, մյուոնային նեյտրինոյի և դրական մյուոնի։

Էկզոտիկ ատոմներ[խմբագրել]

Մյուոնային ատոմներ[խմբագրել]

Մյուոնը առաջին բացահայտ տարրական մասնիկն էր, որը ներառված չէր սովորական ատոմում։ Բացասական մյուոնները, սակայն, կարող են ձևավորել մյուոնային ատոմներ՝ սովորական ատոմներում փոխարինելով էլեկտրոններին։ Շրյոդինգերի հավասարման լուծումը ջրածնանման ատոմի համար ցույց է տալիս, որ ստացված ալիքային ֆունկցիաներիկ բնութագրական չափը (այսինքն՝ Բորի շառավիղը, եթե լուծումը սովորական էլեկտրոնով ջրածնի ատոմի համար է) հակադարձ համեմատական է ատոմի միջուկի շուրջը պտտվող մասնիկի զանգվածին։ Քանի որ մյուոնի զանգվածը ավելի քան երկու հարյուր անգամ գերազանցում է էլեկտրոնի զանգվածին, ստացվող «մյուոնային ատոմային օրբիտալը» այդքան անգամ փոքր է համանման էլեկտրոնայինից։ Արդյունքում, արդեն Z = 5-10 լիցքային թվի դեպքում մյուոնային ամպի չափերը համեմատական են կամ ավելի քան մի կարգով մեծ են միջուկի չափերից, և միջուկի ոչ կետայնությունը սկսում է ուժեղ ազդեցություն թողնել մյուոնի ալիքային ֆունկցիաների տեսքի վրա։ Որպես հետևանք, նրանց էներգետիկ սպեկտրի (այլ կերպ ասած, մյուոնային ատոմի կլանման գծերի) ուսումնասիրությունը թույլ է տալիս «նայել» միջուկի ներսը և հետազատել ներքին կառուցվածքը։ Ատոմի փոքր չափերը նաև թույլ են տալիս ատոմային միջուկներին խիստ մոտենալ և միաձուլվել, ինչը կիրառվում է ջերմամիջուկային սինթեզ իրականացնելու համար (տես մյուոնային կատալիզ

Մյուոնիում[խմբագրել]

Սովորական մատերիայում մնացած դրական մյուոնը կարող է կապել էլեկտրոն և ձևավորել մյուոնիում (Mu)՝ ատոմ, որտեղ մյուոնը գործում է որպես միջուկ։ Մյուոնիումի բերված զանգվածը, հետևաբար, նրա Բորի շառավիղը մոտ են ջրածնի համար համապատասխան մեծություններին, ինչի հետևանքով կյանքի կարճ տևողությամբ այդ ատոմը առաջին մոտավորությամբ քիմիական ռեակցիաներում իրեն պահում է ջրածնի գերթեթև իզոտոպի նման։

Գործնական կիրառությունը[խմբագրել]

1965 թ. Լուիս Ալվարեսը առաջարկեց տիեզերական ճառագայթների ազդեցությամբ Երկրի մթնոլորտում առաջացած մյուոններն օգտագործել Եգիպտական բուրգերի լուսադիտման համար՝ բուրգերի ներսում չնկատված խոռոչների՝ թաղման խցիկների հայտնաբերման նպատակով։ Գաղափարն այն էր, որ այն ուղղություններից, որտեղ կան խոռոչներ, մյուոնային հոսքը ավելի ուժեղ է, քանի որ խառաչների օդը ավելի շատ մյուոններ է բաց թողնում, քան բազալտային շերտերը, որոնցից կառուցված են բուրգերը։ Այդ եղանակով 1967 թ. ուսումնասիրվեց Քեֆրենի բուրգի ավելի քան մեկ հինգերորդ մասը։ Խոռոչներ չնկատվեցին[2]։

Մյուոնային տոմոգրաֆիա[խմբագրել]

Այս մեթոդը հետագա զարգացում ունեցավ XXI դարի սկզբում՝ կապված միջուկային մաքսանենգությունը հայտնաբերելու հետ։ Բեռի միջով անցնող մյուոնների դետեկտումը թույլ է տալիս որոշել նրանում ծանր տարրերի առկայությունը, այդ թվում՝ կապարի, ուրանի և պլուտոնիումի։ Ավելի ծանր տարրերը ավելի ուժեղ են շեղվում մյուոններին ցրման ժամանակ, այդ պատճառով, տեղադրելով գազապարպիչ դետեկտորներ (դրեյֆային խցիկներ) հետազոտվող առարկայի վրա և տակ և համեմատելով մյուոնների հետքերը նրանցում, կարելի է որոշել կասկածելի տարրերի առկայությունը։

Այս մեթոդը կոչվում է մյուոնային տոմոգրաֆիա։ Դրա մշակման եղանակները սկսվել են 2003 թ. Լոս Ալամոսի Ազգային լաբորատորիայում, Քրիստոֆեր Մորիսի գլխավորությամբ։ 2012 թ. անցկացվել են փորձնական նմուշի առաջին տեստերը Բահամյան կղզիների Ֆրիպորտ տերմինալում։ Փորձը ցույց տվեց, որ սարքավորումը հայտնաբերում է կասկածելի տարրերը գործնականում հարյուր տոկոսանոց հավաստիությամբ[2]։

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]