Экзотические атомы
жүктеу/скачать 294 Kb.
|
| РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК
В микромире удобно, используя соотношение Эйнштейна , измерять массы в энергетических единицах мегаэлектронвольтах (МэВ). 1 МэВ = 106 электронвольт (эВ). Так, для электрона МэВ. В таблице приведены массы ( ) некоторых частиц, которые будут использованы в дальнейшем [1]. Таблица Массы частиц в МэВ
Все расчетные формулы упрощаются, если также использовать 2 константы: постоянную тонкой структуры и так называемый коэффициент конверсии МэВ см. Например, энергия основного состояния атома водорода эВ. Энергия ионизации равна эВ. Для боровского радиуса получим см. Рассмотрим экзотические атомы. Мезоатомы. Так называются атомы, в которых один электрон вытеснен - или -мезоном. Так, для мезоводорода, состоящего из -мезона и протона, приведенная масса МэВ . Отсюда, энергия ионизации эВ. Радиус боровской орбиты в 186 раз меньше, чем для водорода см. Хотя мю-мезоатом более компактная система и его энергия связи на 2 порядка больше, чем у атома водорода, в природе он практически не встречается. Это связано с малым временем жизни секунды. Даже если бы он двигался со скоростью света, то его пробег составил примерно 660 метров. В дальнейшем мы покажем, как может быть увеличено время жизни -мезона. Позитроний. Так называется водородоподобная система, состоящая из электрона и позитрона . Позитрон является античастицей по отношению к электрону; массы их совпадают, а заряды противоположны по знаку. Приведенная масса позитрония ровно в 2 раза меньше массы электрона. Поэтому потенциал ионизации мю-мезоводорода в 2 раза меньше эВ, а радиус боровской орбиты в 2 раза больше . Электрон и позитрон имеют собственные моменты количества движения спины . В атоме позитрония спины их могут быть параллельными и суммарный спин . Такая система называется ортопозитронием. Если спины антипараллельны, то . Эта система называется парапозитронием. Время жизни ортопозитрония секунды, а парапозитрония секунды. Позитроний распадается, превращаясь в 2 или 3 гамма-кванта или . Этот процесс называется аннигиляцией электрон-позитронной пары. При этом парапозитроний распадается на 2 гамма-кванта, а ортопозитроний в основном на 3 гамма-кванта. Мюоний. Состоит из положительного -мезона и электрона. Мюон аналогичен по свойствам позитрону, но имеет массу в 207 раз большую. Приведенная масса мюония почти равна приведенной массе атома водорода. Поэтому боровский радиус и потенциал ионизации мюония практически совпадают с соответствующими величинами для атома водорода. Протоний. Представляет из себя связанное состояние протона и антипротона . Масса антипротона равна массе протона, а заряд отрицательный . Недавно были получены экспериментальные данные по энергии ионизации и боровскому радиусу протония: кэВ (1 кэВ = 103 эВ), фм, 1 фм = 1 ферми = 10-13 см – основная единица длины в ядерной физике. Теоретические значения: Пионий. Представляет из себя связанное состояние -мезонов. Недавно измеренные экспериментальные значения: кэВ, фм. Теоретические значения: Связь системы СИ (SI) и СГС (CGSE) осуществляется с помощью умножения заряда на константу , где диэлектрическая постоянная. Заряд в СГС-системе определяется как , где заряд в СИ-системе, тогда и – постоянная тонкой структуры. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Согласие экспериментальных значений для потенциалов ионизации и боровских радиусов с теоретическими, полученными для водородоподобных систем, удивительно хорошее. Дело в том, что когда экспериментальные значения еще не были получены, некоторые физики предполагали, что поскольку основное взаимодействие между протонами и антипротонами и -мезонами сильное (ядерное), то простые кулоновские формулы будут давать слишком грубую оценку. Как видим, опасения эти оказались напрасными. Связано это с короткодействующим характером ядерных сил. Максимум их приходится на расстояние в несколько ферми, тогда как соответствующие боровские радиусы значительно больше. На этих расстояниях ядерные силы малы и протоний и пионий являются по существу чисто кулоновскими системами. В заключение хотелось бы отметить, что в последнее время в ядерной физике широкое распространение получили так называемые экзотические ядра [2]. Это нестабильные ядра, состоящие из протонов и нейтронов, однако соотношение между ними сильно отличается от того же для стабильных ядер. Взаимодействие между ними сильное (ядерное). В настоящее время разработаны специальные методы для получения и исследования подобных ядер. жүктеу/скачать 294 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|