Открытия сотрудников ЛЯП ОИЯИ. Явление захвата отрицательно заряженных пионов ядрами химически связанного водорода
«Известно, — отмечает Л. И. Пономарев, — что отрицательно заряженные пи-мезоны, останавливаясь в веществе, очень активно взаимодействуют с ядрами его атомов. Если в состав вещества входят атомы водорода, то происходит весьма характерная реакция, которую легко выделить среди прочих. Однако было установлено, интенсивность этой реакции в десятки и сотни раз уменьшается, если атом водорода входит в химическое соединение с атомами других элементов, образуя, например, воду или полиэтилен.
Экспериментально было доказано, что вероятность реакции перезарядки пи-мезонов на протонах зависит от типа химической связи атомов водорода в исследуемом веществе. Так, реакция перезарядки в гидразине в 30 раз менее интенсивна по сравнению с той же реакцией в эквивалентной механической смеси водорода и азота. Зависимость ядерного захвата от химической связи оказалась совершенно неожиданной.
Необычно то, что химические силы между атомами, так резко меняющие реакции, в миллион раз слабее ядерных и по существовавшей теории не должны их сдерживать. Если представить широкую автомобильную дорогу с потоком машин, то именно узкий участок определит скорость транспорта. Таким образом торможение ядерной реакции и можно сравнить с ролью узкого места на дороге.
Акт захвата отрицательного пиона ядром водорода регистрируется по характерной для пи-мезонов реакции перезарядки на протонах. Было установлено, что в водородсодержащих веществах вероятность захвата пионов ядрами водорода по сравнению с чистым водородом характеризуется как минус третья степень заряда ядра атома, соединенного с водородом. Обнаруженный эффект не зависит от плотности и агрегатного состояния вещества, а также от примесей тяжелых элементов.
При торможении и остановке отрицательно заряженные пионы водорода захватываются на высоковозбужденные мезомолекулярные уровни, которым соответствуют мезонные орбиты, лежащие в области валентных электронов (т. е. орбиты, принадлежащие всей молекуле в целом, а не изолированным атомам). Размеры таких больших мезомолекул в сотни раз превышают размеры мезоатомов в основном состоянии, и лишь незначительная часть мезонов, захваченных на возбужденные мезомолекулярные уровни, образует при дальнейших переходах мезоатомы водорода и вступает в реакцию перезарядки».
На основе модели больших мезомолекул авторами открытия были предсказаны и экспериментально подтверждены особенности захвата пионов протонами в разных классах химических соединений — водородсодержащих веществах, смесях веществ, ионных соединениях, кислотах и т. д.
Обнаруженное явление подтверждено в СССР и за рубежом. Оно дает новый метод исследований электронной структуры молекул, строения соединений, содержащих водород, скоростей химических реакций.
Использование открытого явления становится особенно перспективным в связи с созданием ускорителей с большими токами. На работах авторов открытия основываются обширные программы мезохимических исследований.
Открытие внесено в Государственный реестр открытий СССР 28 августа 1975 г. за № 164 с приоритетом от 4 апреля 1962 г. в следующей формулировке:
«Установлено неизвестное ранее явление захвата отрицательно заряженных пи-мезонов ядрами химически связанного водорода с предварительным образованием возбужденных мезомолекулярных комплексов, определяющих интенсивность ядерного захвата мезонов».
