Открытия сотрудников ЛЯП ОИЯИ. Явление резонансного поглощения отрицательных мюонов атомными ядрами
Долгое время считалось, что поглощение мю-минус-мезона ядром осуществляется благодаря его взаимодействию с одним из протонов ядра, а все остальные нуклоны ядра — протоны и нейтроны — выступают лишь в качестве внешней среды, в которой происходит элементарный акт превращения пары протон-мюон в пару нейтрон-нейтрино. В 1963 г. группа советских ученых под руководством профессора В. В. Балашова выдвинула принципиально новую модель этого процесса, в основу которой была положена идея о том, что поглощение ядром имеет многочастичный коллективный характер. Разработана математическая теория явления и указаны направления его экспериментального изучения.
Согласно предложенной теории в процессе поглощения мюона ядро переходит в высоковозбужденное (резонансное) состояние, которому соответствует специфическое упорядоченное движение ядерного вещества. При распаде таких состояний из ядер вылетают нейтроны, часто сопровождаемые заряженными частицами. Таким образом, спектр нейтронов при захвате ядром мю-минус-мезонов должен состоять из отдельных линий, соответствующих переходам из резонансных состояний в конечное состояние ядра, образующегося после испускания нейтрона. Линейчатый характер энергетического спектра нейтронов был предсказанием, которое позволило осуществить непосредственную экспериментальную проверку модели.
Эксперименты были выполнены интернациональной группой физиков под руководством В. С. Евсеева. Была разработана уникальная установка, основой которой стал специально сконструированный прецизионный спектрометр нейтронов. Установка позволила в условиях стабильности работы ее элементов провести длительные измерения на пучках синхроциклотрона. Линейчатая структура нейтронных спектров была обнаружена в 1968–1969 гг. при исследовании поглощения отрицательных мюонов в легких и средних по массе атомных ядрах (серы, кальция и кислорода). Достоверность открытия была подтверждена результатами работ американских и западно-европейских физиков.
Открытие явления резонансного поглощения отрицательных мюонов атомными ядрами оказало существенное воздействие на развитие новой области исследований — мезонной ядерной физики. Оно способствовало разработке принципиально новых экспериментальных методов и подходов, которые широко внедряются в практику научных исследований. Теория коллективного возбуждения ядер в процессе поглощения мюонов послужила основой современной теории широкого класса мезоядерных процессов. Возбуждение в ядрах специфических коллективных движений под действием элементарных частиц оказалось универсальным свойством ядерного вещества.
Открытие внесено в Государственный реестр открытий СССР 6 мая 1976 г. за №173 в следующей формулировке:
«Установлено неизвестное ранее явление резонансного поглощения отрицательных мюонов атомными ядрами, заключающееся в том, что при поглощении отрицательных мюонов происходит коллективное возбуждение атомных ядер».
Приоритет открытия установлен по двум датам: от 22 октября 1963 г. — теоретическое обоснование, от 8 октября 1968 г. — экспериментальное подтверждение.
