Открытия сотрудников ЛЯП ОИЯИ. Явление существования мюония в конденсированных средах
Эксперименты были начаты на пучках положительных мю-мезонов синхроциклотрона Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований. Было установлено, что положительно заряженный мю-мезон после вторжения и остановки может оторвать электрон у одного из атомов вещества и образовать не существующий в земных условиях новый атом мюоний — легкий радиоактивный изотоп водорода. Он состоит из электрона и положительного мю-мезона. Таким образом, ядром нового, искусственного атома является в 9 раз более легкая, чем протон, нестабильная частица — положительный мю-мезон.
Многие зарубежные исследователи пытались обнаружить атом мюония в конденсированных средах, однако их попытка не увенчалась успехом. Советским ученым удалось решить эту проблему.
«Атомарный мюоний, — рассказывает В. С. Роганов, — обнаружен по ларморовой прецессии (вращению) спинов его триплетного состояния в поперечном магнитном поле в кристаллическом кварце, во льду, монокристаллах германия и углекислом газе.
Атом мюония легко вступает в химические взаимодействия. Поэтому для обнаружения мюония было необходимо сформулировать ряд требований к свойствам исследуемого материала. К ним относятся условия весьма медленного протекания химических реакций мюония с образованием молекулярных продуктов, незначительное влияние кристаллической решетки, а также других причин, приводящих к образованию достаточно глубоких электронных ловушек, отсутствие химически активных и парамагнитных примесей. Существенна также скорость конверсионного обмена со средой электронов с противоположным направлением спина, влияющая на продолжительность существования поляризованного атома мюония. Раньше эти факторы не учитывались, что приводило к безуспешным поискам ларморовой прецессии мюония в конденсированных средах».
Обнаружение нового явления имеет важное научное и практическое значение. Оно открывает широкие перспективы использования мюония как аналога атомарного водорода в исследованиях в области физики твердого тела и полупроводников, химической кинетики, квантовой химии и атомной физики. Открытие особенно важно для создания новых методик проведения экспериментов по физике твердого тела и определения абсолютной скорости различных химических реакций.
Картина химических взаимодействий мюония послужила основой для разработки метода определения констант скорости его химических реакций с веществом с образованием молекулярных и радикальных продуктов. С помощью мюониевого метода исследуются также энергии активации реакций с участием отличающихся по массе водородоподобных атомов, магнитные взаимодействия мю-мезона, ядер и неспаренных электронов в молекулах, делокализация электронной плотности, роль водородных связей при фазовом переходе. Особо следует подчеркнуть возможность сопоставления аналогичных процессов с участием мюония и атомарного водорода.
Открытие внесено в Государственный реестр открытий СССР 19 июня 1975 г. за № 161 с приоритетом от 3 ноября 1965 г.
Формула открытия такова:
«Экспериментально установлено неизвестное ранее явление существования атомарного мюония, впервые наблюдавшегося в конденсированных химически инертных средах — по ларморовой прецессии системы спинов его триплетного состояния в поперечном магнитном поле».
