Глоссарий по физике. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Адронные атомы - атомоподобные системы, в к-рых положительно заряж. ядро за счёт кулоновского притяжения удерживает отрицат. адрон. Наблюдались пионные

, каонные

, антипротонные

и гиперонные

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).

Адронные атомы образуется при замедлении отрицат. адрона в веществе. Адрон захватывается атомом с образованием высоковозбуждённого состояния с главным квантовым числом

, 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 ,

атомов 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

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

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

Здесь

- приведённая масса адрона и ядра, а

(0) - значение кулоновской волновой функции 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

-мезонов на лету (слева - калибровочная линия).

Наиб. изучены пионные атомы. Измерения сдвигов и ширин переходов (обусловленных сдвигом и уширением ниж. уровня) 2р-1s в атомах от

до

; 3d-2р-переходов от

до

; а также переходов 4f-3d и 5g-4f в широком диапазоне элементов позволяют сформулировать особенность

-атома: сдвиги ls-уровнеи отрицательны, т. е. отвечают отталкиванию пиона от ядра, сдвиги всех уровней с более высокими l положительны, т. е. соответствуют притяжению.

Рис.1. Рентгеновский спектр пионного атома

при энергиях

вблизи линии 2р

1s (приняты обозначения, обычные для атомных спектров).

Такое поведение описывают введением нелокального оптич. потенциала пион-ядерного взаимодействия, содержащего зависимость от скорости

[1, 2]. Теоре-тич. соображения приводят к выводу о том, что сдвиги энергии

и ширины Г состояний с орбитальным моментом l должны возрастать с ат. номером Z пропорционально

, что приближённо выполняется (рис. 2).

Рис. 2. Сравнение экспериментальных и теоретических значений сдвигов

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

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

-атомах сдвиги и уширение уровней гораздо большие, чем в

. 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

(1405) в системе

и сильным поглощением каона свободным нуклоном [2]. Наличие аномально большого сдвига 2р-уровня в А. а.

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,

Пучки

- гиперонов нельзя создать вследствие очень короткого времени жизни (1,5*10^-10 с)

-гиперона. Однако

-гиперонные атомы могут образовываться во вторичных взаимодействиях при торможении

в мишени. Эксперим. данные по сдвигам и ширинам уровней

-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

-гиперона (-1,48b0,37 ядерных магнетонов).

Изучение антипротонных атомов началось в 1970, точность измерений

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 10⁶

. Исследования антипротонных атомов, в первую очередь системы

, позволят выяснить возможность существования квазиядерных связанных состояний в системе нуклон-антинуклон (см. Барионий [3]). Масса антипротона из измерений рентг. спектров

, что согласуется с массой протона. По тонкому расщеплению уровней найден магн. момент антипротона, равный 2,795

0,019 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 фм².

Литература по адронным атомам

Знаете ли Вы, что в 1974 - 1980 годах профессор Стефан Маринов из г. Грац, Австрия, проделал серию экспериментов, в которых показал, что Земля движется по отношению к некоторой космической системе отсчета со скоростью 360±30 км/с, которая явно имеет какой-то абсолютный статус. Естественно, ему не давали нигде выступать и он вынужден был начать выпуск своего научного журнала "Deutsche Physik", где объяснял открытое им явление. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.