Элементарные процессы с участием экзотических атомов

• Автор: Есеев, Марат Каналбекович
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 150 с. : ил

Содержание
Введение
1 Физика экзотических атомов
1.1 Основные направления исследований, экспериментальные
установки
1.2 Метастабильность в экзотических атомах
1.2.1 Обнаружение метастабильности и модель Кондо .
1.2.2 Исследования по тушению метастабильности
1.3 Каскадные процессы в ЭА
1.3.1 Каскадные процессы в экзотических атомах изотопов водорода (Я = 1)
1.3.2 Случай Z > 1. . . Л... . ;
2 Ионная модель метастабильности антипротонного гелия
2.1 Образование антипротонного гелия
2.1.1 Прямой механизм образования. Сечение образования
2.1.2 Рекомбинационный механизм образования и модель ионкулы
2.2 Причины исключительности метастабильности антипротонов в гелии
2.3 Тушение метастабильности антипротонов примесями молекулярных и инертных газов
2.3.1 Тушение с участием атомкулы
2.3.2 Тушение с участием ионкулы
2.4 Метастабильность антипротонов в гелия различной
плотности
2.4.1 Жидкий гелий, пузырьковая модель
2.4.2 Малые плотности
2.5 Основные свойства “ионкулы”. Сравнение модели с данными лазерно-спектроскопических экспериментов
2.6 Предлагаемые эксперименты по подтверждению модели ионкулы
3 Моделирование каскадных процессов в каонных изотопах водорода
3.1 Каскадная модель С^СМС
3.2 Квантово-классический расчет (С^СМС) каскада в экзотических атомах водородных изотопов
3.2.1 Классическая область в (}СМС
3.2.2 Квантовая область в (ЗСМС
3.3 Результаты расчета каскадных процессов в каонных изотопах водорода
3.3.1 Каонный протий
3.3.2 Каонный дейтерий
Заключение
А Расчет сечения образования антипротонного гелия пс прямому механизму
В Скорость образования антипротонного гелия по рекомбинационному механизму
С Скорость оже-ионизации “ионкулы” в основном электронном состоянии.
Б Возбужденные электронные состояния “ионкулы”.

Введение
Актуальность темы. Экзотический атом (ЭА) это связанный или квазистационарный комплекс, который получается в результате посадки тяжелой отрицательно заряженной частицы X (X = д-, 7г“, К~, р, Е-, ...) на обычный атом. Иногда к ЭА относят также антиводород (ре+), мюоний (^+е_) и другие системы. Впервые понятие ЭА было введено Ферми, Теллером и Уилером [1, 2] с целью объяснения эксперимента [3], в котором было обнаружено, что в веществах, состоящих из тяжелых атомов 1, А 1), время жизни отрицательных мюонов
существенно меньше, чем у свободных мюонов. В [1, 2] было показано, что тормозятся в веществе, и, выталкивая электрон из атома, образуют возбужденные мюонные атомы. Размер начальной орбиты мюона (также как и для любой другой частицы Х~) порядка боровского радиуса ао и, соответственно, эти состояния характеризуются большими квантовыми числами I ~ п ~ фпц/те ~ 15. Далее начинаются каскадные процессы девозбуждения мезоатомов, в результате которых мезоны переходят на нижние орбиты п ~ 1, размер которых (~ а$т€/(^т^)) мал по сравнению с электронными орбитами. В этих состояниях вероятность нахождения мюона в области ядра значительна и вследствие слабого взаимодействия с нуклонами резко увеличивается скорость (вероятность в единицу времени) захвата мюона ядрами. Торможение и каскад происходят в течение времени тс ~ 10-12 с, т.е. быстро по сравнению с временем жизни мюона (тц ~ 10_6с), чем и объясняются результаты [3]. Добавим, что вывод о пренебрежимой малости тс по сравнению со временем жизни частиц X (в случаях, когда они нестабильны) носит общий характер и справедлив для всех ЭА практически при всех плотностях вещества, за исключением самых низких (А < 1018 атомов • см~г). Отсюда заключаем, что ЭА отнюдь не являются редкими, экзотическими объектами: они всегда образуются вслед

на вторичных 5-электронах, выбитых из атомов мюоном при его торможении. При давлениях ~ 40 атм., характерных для указанных экспериментов, потенциальная энергия термализованных 5-электронов в поле трека велика по сравнению с их тепловой энергией, поэтому регулярный дрейф в электрическом поле мюонного трека преобладает над хаотической диффузией, уводящей электроны от трека. В результате 5-электроны рекомбинируют на положительных ионах и трек постепенно исчезает. При включении достаточно сильного внешнего электрического поля время жизни зарядов в мишени существенно увеличивается [139], поскольку электрическое поле удаляет положительные и отрицательные заряды друг от друга.
Таким образом, в опытах со смесью АГе/Хе вместо (^Т1) образуются ионы у которых суммарный спин электронов равен нулю и поэ-
тому отсутствует прецессия спина мюона. Из-за малости энергии связи молекулы ХеС1 и А г С1 неустойчивы при комнатных температурах и поэтому никаких изменений в опытах с Аг/Хе замечено не было [138].
Отметим, что, несмотря на кажущуюся сложность, эта модель довольно реалистична. Самое сомнительное звено ее — явление рекомбинации 5-электронов на собственном треке, давно известно в радиационной химии [140]. Это явление было независимо обнаружено и использовано в [141] для измерения коэффициента прилипания мюонов к ядрам ъНе в реакциях мюонного катализа в дейтерии. В этом опыте мюоны, остановившиеся в дейтерии, образовывали мезомолекулы dd.fi^ в которых происходили реакции £Ш-синтеза и возникали быстрые ядра 3Ле с энергией 0.8 МэВ. Требовалось определить вероятность и того, что мюон будет подхвачен этим ядром в одно из связанных состояний (коэффициент прилипания), т.е. вероятность появления не ядра 5Не с зарядом 4-2е, а мезоиона /л3Ле с зарядом +е. Поскольку энергии этих частиц одинаковы, в газе низкой плотности, когда треки широкие и электроны не рекомбинируют, они создадут одинаковое число пар ионов и будут неразличимы, т.к. собранный заряд будет одинаков. Однако, трек 3Ле более короткий и в нем выше концентрация ионов. Было обнаружено, что при давлении дейтерия ~ 100 атм. в этом треке начинается рекомбинация, поэтому при указанных (и более высоких) давлениях электрические импульсы, получаемые в ионизационной камере от треков 3Ле и мезоиона будут разными, что и позволило измерить величину ш.