Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу
 
На сайте
Астрометрия
Астрономические инструменты
Астрономическое образование
Астрофизика
История астрономии
Космонавтика, исследование космоса
Любительская астрономия
Планеты и Солнечная система
Солнце

Рис. 1. Рентгеновский спектр пионного атома 18О при энергиях Е вблизи линии 2p-1s  
(приняты обозначения, обычные для атомных спектров. \\       
   Рис. 2. Сравнение экспериментальных и теоретических значений сдвигов энергий и  
ширин спектральных линий 2p-уровней пионных атомов (теоретические точки соединены  
линиями). Адронные атомы
3.08.2001 0:00 |

Адронные атомы - атомоподобные системы, в которых положительно заряженное ядро за счет кулоновского притяжения удерживает отрицательный адрон. Наблюдались пионные ($\pi^-$), каонные ($K^-$), антипротонные ($\tilde{p}$) и гиперонные $\Sigma^-$ атомы. Изучение адронных атомов дает информацию и об адроне и о ядре (масса и магнитный момент адрона, распределение вещества в ядре, поляризуемость адрона и ядра), а также об их взаимодействии (рассеяние и поглощение адрона ядром).

Адронный атом образуется при замедлении отрицательного адрона в веществе. Адрон захватывается атомом с образованием высоковозбужденного состояния с главным квантовым числом $n>\sqrt{m/m_e}$ где m - масса адрона, me - масса электрона (при таких n радиус атомной орбиты адрона, обратно пропорциональный его массе, сравним с радиусами электронных орбит). Возбуждение атома снимается за счет каскада оже-переходов и электрических дипольных переходов адрона с одного уровня на другой, сопровождающихся испусканием рентгеновского излучения (см. Мультипольное излучение, оже-спектроскопия). При этом преимущественно заселяются круговые орбиты, т. е. состояния с l=n-1, где l - момент количества движения. Когда адрон достигает состояний с небольшими n, становятся существенными эффекты сильного взаимодействия, что приводит к захвату адрона ядром.

Атомные уровни, между которыми происходит переход адрона, сопровождаемый рентгеновским излучением, имеют в основном такую же природу, что и уровни в обычных электронных атомах. Их положение приближенно описывается решением Клейна-Гордона уравнения для пионных атомов или Дирака уравнения для $К^-$-, $\tilde{p}$- и $\Sigma^-$-атомов в случае точечного ядра с зарядом Z. Т. к. масса адрона много больше массы электрона, то в состояниях с n<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 n). Небольшие поправки возникают из-за учета 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, например, для 7Li радиусы 1s-состояний пионного и антипротонного атомов составляют 67 фм и 10 фм (для обычного атома $1,8\cdot 10^4$ фм). Тем не менее с некоторой долей вероятности адрон находится внутри ядра, что приводит к сдвигу и уширению уровня энергии за счет сильного взаимодействия. Сдвиг уровня $\Delta\mathcal{E}$ связан с длиной адрон-ядерного рассеяния a (т. е. с амплитудой рассеяния при нулевой энергии системы, см. Рассеяние микрочастиц) соотношением, которое для s-состояний имеет вид
$\Delta\mathcal{E}=-{\displaystyle 2\pi\over\displaystyle \mu}a|\psi(0)|^2$.(1)

Здесь $\mu$ - приведенная масса адрона и ядра, a $\psi(0)$ - значение кулоновской волновой функции адрона в центре ядра. Уширение уровня позволяет определить вероятность захвата адрона ядром.

При экспериментальном исследовании адронных атомов измеряется энергия рентгеновского излучения (с помощью полупроводниковых детекторов либо кристалл-дифракционных спектрометров). Достигнутая точность в определении положения линии составляет 2 эВ. Как правило, ширины Г>100 эВ определяются непосредственно, а Г$\sim$0,1-10 эВ - из соотношения интенсивностей различных линий (рис. 1). Из рис. видно, как линия 2р-1s пионного атома выделяется среди интенсивных линий, принадлежащих мюонным атомам, возникновение которых неизбежно вследствие распада $\pi^-$-мезонов на лету (слева - калибровочная линия).

Наиболее изучены пионные атомы. Измерения сдвигов и ширин переходов (обусловленных сдвигом и уширением нижнего уроння) 2p-1s в атомах от 3Не до 24Mg; 3d-2p-переходов от 24Mg до 84Кг; а также переходов 4f-3d и 5g-4f в широком диапазоне элементов позволяют сформулировать особенность $\pi^-$-атома: сдвиги ls-уровней отрицательны, т. е. отвечают отталкиванию пиона от ядра, сдвиги всех уровней с более высокими l положительны, т. е. соответствуют притяжению. Такое поведение описывают введением нелокального оптического потенциала пион-ядерного взаимодействия, содержащего зависимость от скорости $\pi^-$. Теоретические соображения приводят к выводу о том, что сдвиги энергии $\Delta\mathcal{E}$ и ширины Г состояний с орбитальным моментом l должны возрастать с атомным номером Z пропорционально Z4(2l + 3)/2, что приближенно выполняется {рис. 2). Теория, как правило, дает 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 котором 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, которая входит как параметр в формулу для энергии уровня, по энергиям переходов 5g-4f и 6h-5g, дает значение $m_{\displaystyle\pi^-}$ = 139,568$\pm$0,002 МэВ (см. Пионы). Экспериментальное изучение каонных атомов, с одной стороны, затруднено из-за меньшей интенсивности имеющихся пучков медленных каонов, а с другой - облегчено тем, что в К--атомах сдвиги и уширение уровней гораздо большие, чем в $\pi^-$. Это - следствие большой интенсивности каон-нуклонного взаимодействия при низких энергиях по сравнению с пион-нуклонным. Теоретическая интерпретация экспериментальных данных по каонным атомам (от Н до U) затруднена наличием близкого подпорогового резонанса $\Lambda$ (1405) в системе К-р и сильным поглощением каона свободным нуклоном [2]. Наличие аномально большого сдвига 2р-уровня в адронных атомах К- 4Не указывает на возможность существования в этой системе слабосвязанного ядерного $p$-состояния. Точное значение массы каона, полученное из измерений рентгеновских спектров высоких переходов каонных атомов, mK=493,664$\pm$0,018 МэВ.

Пучки $\Sigma^-$-гиперонов нельзя создать вследствие очень короткого времени жизни (1,5$\cdot$1010 с) $\Sigma^-$-гиперона. Однако $\Sigma^-$-гиперонные атомы могут образовываться во вторичных взаимодействиях при торможении К- в мишени. Экспериментальные данные по сдвигам и ширинам уровней $\Sigma^-$-гиперонных атомов (с 1978) пока скудны (около 10 переходов в ядрах от С до Ва). Из расщепления атомного уровня на подуровни тонкой структуры определен магнитный момент $\Sigma^-$-гиперона (-1,48$\pm$0,37 ядерных магнетонов).

Изучение антипротонных атомов началось в 1970, точность измерений $\Delta\mathcal{E}$ и Г уровней мала, что обусловлено слабой интенсивностью антипротонных пучков. Качественный скачок в точности результатов ожидается от экспериментов на установке LEAR (ЦЕРН), которая дает пучки антипротонов низкой энергии с интенсивностью 106 р/с. Исследования антипротонных атомов, в первую очередь системы $\tilde{p}p$, позволят выяснить возможность существования квазиядерных связанных состояний в системе нуклон-антинуклон (см. Барионий). Масса антипротона из измерений рентгеновских спектров $m_{\tilde{p}}=938,202\pm 0,036$ МэВ, что согласуется с массой протона. По тонкому расщеплению уровней найден магнитный момент антипротона, равный 2,795$\pm$0,019 ядерного магнетона, что также согласуется с магнитным моментом протона (2,793 ядерного магнетона). Изучение адронных атомов может дать информацию о поляризуемости адрона, у которого в сильном электрическом поле на атомной орбите появляется наведенный дипольный момент, что приводит к дополнительному сдвигу уровня энергии. Верхняя оценка поляризуемости каона 0,02 фм2.

Глоссарий Astronet.ru


Публикации с ключевыми словами: адроны - мезоатомы - адронные атомы
Публикации со словами: адроны - мезоатомы - адронные атомы
Карта смысловых связей для термина АДРОННЫЕ АТОМЫ
См. также:

Оценка: 2.8 [голосов: 74]
 
О рейтинге
Версия для печати Распечатать

Астронет | Научная сеть | ГАИШ МГУ | Поиск по МГУ | О проекте | Авторам

Комментарии, вопросы? Пишите: info@astronet.ru или сюда

Rambler's Top100 Яндекс цитирования