Исследование некоторых мезоатомных процессов в газообразном водороде и смесях его с гелем

• Автор: Хоменко, Борис Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 66 c. : ил

§ I. Рассеяние ^ -атомов в водороде

§ 2. Перехват мюонов на гелий

§ 3. Структура диссертации

Глава I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И СИСТЕМА СБОРА И

ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

§ I. Общие требования

§ 2. Мишень и детекторы

§ 3. Электронная система установки

§ 4. Дальнейший отбор событий

Глава II. ИЗМЕРЕНИЕ СЕЧЕНИЯ РАССЕЯНИЯ ^ -АТОМОВ В

ГАЗООБРАЗНОМ ВОДОРОДЕ

§ I. Метод эксперимента
§ 2. Измерения и обработка
§ 3. Моделирование диффузионного процесса
§ 4. Результаты эксперимента
Глава III. ПЕРЕХВАТ МЮОНОВ С ВОДОРОДА НА ГЕЛИЙ
§ I. Постановка эксперимента
§ 2. Измерения и обработка данных
§ 3. Полная обработка данных
§ 4. Результаты эксперимента
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Физика экзотических атомов, зародившаяся практически одновременно с началом детального изучения мезонов и других элементарных частиц, в настоящее время представляет собой обширную область исследований, охватывающую вопросы, касающиеся характеристик частиц и ядер, их взаимодействия, проблем квантовой электродинамики^. Своеобразный и интересный раздел в ней составляет изучение мезонних атомов водорода и процессов, в которых они принимают участие. Особое внимание к мезоатомам водорода обусловлено тем, что они, во-первых, представляют ообой важный для теории пример взаимодействия мезонов с протонами и простыми малонуклон-ными системами во-вторых, являясь электрически нейтральными, малыми, по сравнению с обычными атомами, объектами, они способны проникать сквозь'электронные оболочки атомов и вступать во взаимодействие с ядрами, инициируя таким образом совершенно особую группу явлений: перехват мезонов на ядра более тяжелых изотопов водорода и других элементов, образование мезомолекул, катализ в них ядерных реакций синтеза ^. Наиболее широко в исследованиях мезоатомных процессов используются уи -мезоны, их относительно большое время жизни и отсутствие сильного взаимодействия с ядром позволяют реализовать "полный описок" возможных событий. При этом, однако, в подавляющем числе работ, посвященных мюонным атомам и молекулам водорода, за рамками рассмотрения оставалась сравнительно быстрая стадия формирования мезоатома, и исследова-

лись лшпь медленные, сравнимые со скоростью распада мюона, процессы с участием [У*"' ^ ^ *"атомов* находящихся в
основном состоянии. С другой стороны, пионные атомы водорода, существующие лишь в возбужденном состоянии, представляют возможность сосредоточить внимание именно на этом этапе их жизни, а также получить информацию об атомном захвате мезонов, останавливающихся в водородосодержащих химических соединениях и сме-сях^4,5//. Следствием такого разграничения интересов явилось то, что /и - и 7Г — атомные процессы в водороде исследованы соотО Т.
ветственно при малых ( 10' ) и больших (>, 10“х) атомарных концентрациях примесей других веществ.
Необходимо отметить, что хотя довольно полная картина мезо-атомных и мезомолекулярных процессов была построена еще в 50-х годах, последующие исследования, наряду с подтверждением многих первоначальных предположений и оценок, встречались также с трудностями и сюрпризами - от устойчивых расхождений между теорией и экспериментом в отдельных вопросах, что вынуждало неоднократно возвращаться к более основательным расчетам и измерениям, до обнаружения качественно новых явлений - таких как, например, влияние химической связи на вероятность образования мезоатомов в сложных веществах (смУ4/ и ссылки в ней), что привело к созданию новой области исследований - мезонной химии, или установление резонансного характера механизма образования мезомолекул изотопов водорода возродившее надежду на возможность технического использования мюонного катализа термоядерных реакций.
Определенные затруднения в течение многих лет вызывали и вопросы, которым посвящена данная диссертация. Это - выяснение действительного значения сечения упругого рассеяния -атомов в водороде и - второе - поиск процесса перехвата мюонов с

Е0 , У , £ и характеристик фона, общих для каждой серии; факторов , индивидуальных для каждой точки с концентрацией Сс . Что касается набора параметров Мег » то они были определены при предварительном анализе, и вытекающая из них зависимость была, описана формулой (21), причем £ зависит, хотя и слабо, от концентрации, изменяясь от £[0)2:1,15 £0
до Это может быть обусловлено как непропорциональностью числа остановившихся в мишени мюонов её тормозной толщине, так и зависимостью эффективности регистрации остановок мюонов от количества вещества в мишени (детально выяснять это не требуется, так как нас интересует соотношение между числами образовавшихся мезоатомов, а не общее их количество). При окончательной обработке число остановок описывалось функцией от С и £{с) , причем конкретный вид зависимости был найден эмпирически.
Обработка данных серии I имеет особенности, связанные с

подавляющей при концентрации ксенона 10 ролью перехвата мюонов с уО/И -атомов на ксенон по отношению к другим конкурирующим процессам второго этапа (влиянием ксенона на девозбуждение при этой концентрации по-прежнему можно пренебречь). В этом случае временной спектр у -квантов представляет собой крутую
экспоненту ехр »Яо , практически не меняющую
своей формы при изменении концентрации гелия. Часть у -квантов попадает в интервал регистрации, образуя в его начале резко выраженный пик. Существенное различие форм спектров у*-квантов и распадных электронов от Неул -атомов позволяет достоверно разделить их, и для выходов частиц имеем по аналогии с (20) ( у= £ ~ О »то есть смешивание отсутствует):