Fizikai Szemle 1984. január [antikvár]

fizikai szemle AZ EÖTVÖS LORÁND FIZIKAI TÁRSULAT LAPJA Alapította Eötvös Loránd 1891-ben Mathematikai és Physikai Lapok néven XXXIV. évfolyam 1. szám 1984. január EGZOTIKUS ATOMOK 1. Bevezetés Egzotikusnak nevezünk egy atomot, ha abban egy elektront vagy az atommagot más, megfelelően töltött részecske helyettesít. Az egzotikus atom fogalma, szélesebb értelmében, magában foglalja a pozitron + elektron kötött rendszert, a pozitró-niumot, valamint az ún. egzotikus magú atomokat, amelyekben egy nukleont helyettesít más részecske, például egy neutront egy /1-hiperon. A továbbiakban azonban egzotikus atomon — a jelenlegi szóhasználatnak megfelelően — a kicserélt elekt-ronú atomokat fogjuk érteni, és a pozitív-müon + elektron kötött rendszert, a müoniumot. A különböző egzotikus atomokat a beépített idegen részecske alapján azonosítjuk: beszélünk tehát müon- (!i-), pion- (ji"), kaon- (K"), antiproton- (p) és ?'"-hiperonatomokról, és müoniumról. A negatív részecskés egzotikus atomokat együttesen mezonatomoknak is nevezik. Ennek történeti oka van: kezdetben a müont mezonnak hitték és az egzotikus atomok kutatása a müon- és pionato-mokra összpontosult. Az egzotikus atomokban előforduló részecskék legfontosabb adatait az .1. táblázatban foglaltuk össze. A pion, a kaon éa az antiproton nagyenergiájú (0.5 — 20 GeV) proton-atommag ütközések során, keletkezik, a müon pedig a töltött pion bomlásakor: A i7~-hiperon rövid élettartama miatt (1. táblázat) nem tudunk lassú ?'"-nyalábot előállítani, az eddig vizsgált i7~-atomok kaonatomok bomlásakor keletkeztek. A K~ mezon atommagban történő elnyelődése ugyanis az esetek mintegy 8%-ában kibocsátáshoz vezet: Horváth Dezső TRIUMF, Vancouver, Kanada és KFKI, Budapest 1. táblázat Az egzotikus atomokban előforduló részecskék jellemzői Részecske jele Spin Élettartam s Tömeg m/m. Osütíly e± 1 2 stabü 1 lepton 1 2 2,2 ¦ 10-» 207 lepton n~ K- 0 0 2,6 • 10-> 1,2 • 10-» 273 966 mezon mezon P 1 2 stabil 1836 d barion j. 1 2 1,6 • 10-1» 2343 o barion n (2) Az utóbbi években az egzotikus atomok fizikájáról kitűnő monográfiák születtek [1—4] és egy teljes bibliográfia is [5]. Ennek a munkának az a célja, hogy a korábbi magyar nyelvű cikkeknél [6, 7] valamivel részletesebben foglalja össze az egzotikus atomokból nyerhető információkat, különös tekintettel azok alkalmazására a fizikai és az anyagtudományokban. 2. Müonium és a !jiSR módszer 2.1. A milonium keletkezése Gáznemű vagy kondenzált anyagban a gyors pozitív müon az atomokkal történő ütközések során fokozatosan lelassul, bizonyos valószínűséggel kötött állapotba kerül — például egy elektronnal müoniumot (Mu = /i+e~), müon-elektron atomot képez — majd 2,2 ^ís-os élettartammal pozitronra és neutrínókra bomlik: Az így keletkezett S' hiperon kinetikus energiája (~ 20 MeV) eléggé alacsony ahhoz, hogy a néhány g/cm^ vastagságú mintában lefékeződjék és atomot képezzen. (3) A szerzőnek a Brit-Kolumbiai Egyetemen (Vancouver, Kanada) 1982-beii tartott előadásai alapián készült. A müoniumképződést szabályozó törvényszerűségek feltehetőleg hasonlóak a pozitróniuméhoz (Ps — e"*"e~). Gázokban a müonium atomok túlnyomórészt az ionizációs folyamatok során keletkeznek, kondenzált rendszerekben azonban a rekombinációs folyamat, müoniumképződés a müon ionizációs nyomában, is szerepet játszhat [8, 9],