УДК 53

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЮОНОВ С ЯДРАМИ

Искаков Бахтияр Абуталиповия1, Жумабаев Асхат Игиликович2
1Казахский Национальный Университет имени аль-Фараби, магистр естественных наук, ассистент кафедры физики твердого тела и нелинейной физики Физико-технического факультета, г. Алматы, Казахстан.
2Казахский Национальный Университет имени аль-Фараби, Магистрант 1 курса по специальности Ядерная физика

Аннотация
В данной статье рассмотрен вопрос, каким образом мюоны космических излучении взаимодействует с ядрами вещества и подробно описан этот процесс.

Ключевые слова: дифференциальные сечения, космические лучи, мюоны, слабое взаимодействие, черенковское излучение


MUON INTERACTIONS WITH NUCLEI

Iskakov B.A.1, Jumabaev A.I.2
1KazNU, assistant, Department of Solid State Physics and nonlinear Physics, Almaty, Kazakhstan
2KazNU, expert, Department of Theoretical and Nuclear Physics, Almaty, Kazakhstan

Abstract
In this article the question of how muons kommicheskih radiation interacts with nuclei and described in detail the process.

Keywords: cosmic rays, muons, the differential cross section of the Cherenkov radiation, the weak interaction


Рубрика: Общая рубрика, Физика

Библиографическая ссылка на статью:
Искаков Б.А., Жумабаев А.И. Взаимодействие мюонов с ядрами // Исследования в области естественных наук. 2013. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/2013/03/4183 (дата обращения: 29.04.2017).

Доказательство того, что мюон – слабо взаимодействующая частица, было получено при изучении захвата ядрами остановившихся мюонов. Следует ожидать, что  поведение положительных и отрицательных мюонов будут различными. Положительные мюоны отталкивают кулоновским полем ядра и не могут приблизиться к нему настолько, чтобы произошло взаимодействие с ядерным полем. Отрицательные мюоны, затормозившись в веществе, захватываются на мюонную орбиту в атоме и образуют мезоатом. Мюонные орбиты имеют радиус в 200 раз меньше, чем соответствующие электронные орбиты, и расположены близко от ядра. В тяжелых ядрах с Z>40 мюонная орбита расположена в периферической части ядра. Поэтому если мюон способен сильно взаимодействовать с протонами, то отрицательные мюоны должны всегда захватываться с ядрами. Положительные мюоны после остановки должны распадаться.

Вероятность взаимодействия мюона с ядром независимо от механизма ядерного взаимодействия должна увеличиваться с возрастанием Z. Это очевидно, если во внимание принять, что вероятность пропорционально числу протонов  в ядре, т.е. Z. Кроме того, вероятность должна расти по мере увеличении степени перекрытия объемов мюона и ядра. Поэтому вероятность взаимодействия должна расти обратно пропорционально объему боровской орбиты:

omega sim V^{-1}, mu sim r_{-3}, mu sim Z_{-3}

     Следовательно, если имеют место два конкурирующих процесс- распад и поглощение мюона, то при некотором соотношении вероятностей захват будет проявляться только в тяжелых ядрах, так как вероятность захвата Z4, а вероятность распада не зависит от Z. Этим и объясняется различие поведения мюонов в легких и тяжелқх ядрах.

     Мюоны не могут бқть квантами ядерного поля, а взаимодействуют на 10-12 порядков слабее, чем этого требовало теория. Мюоны – слабо взаимодействующие частицы, и их исследование положило начало изучению слабых взаимодействий в космических лучах.

Основные характеристики взаимодействия высокоэнергетических излучений с веществом- дифференциальные и полные сечения, плотность и химический состав мишени. Мю-мезоны являются неядерно-активными частицами и при прохождении через вещество теряют свою энергию в основом на ионизацию, возбуждение атомов и излучение.

Рассмотрим прохождение мюонов через атмосферу Земли. Предположим, что мю-мезон генерировался на глубине hпод углом θ, с энергией µ . Найдем вероятность достижения µ+-мезоном глубины h.

 

dN=N_{mu }(frac{dtau _{mu }}{tau _{mu }})                                                     (1)

где tau _{mu } -время прохождения мюоном слоя dh,

 

 dh=frac{dh}{c*costheta (h)}                                                   (2)

 

         При решении ряда космофизических задач возникает необходимость перехода от изменений интенсивности на уровне регистрации к соответствующим величинам на границе атмосферы. Этот переход в принципе можно осуществить с помощью коэффициентов связи между вариациями интенсивности на глубине наблюдения и потока первичных частиц на границе атмосферы. В общем случае вычислить интегральную кратность весьма затруднительно, поскольку в принципе образуется огромное число поколений вторичных частиц, обладающим определенными угловыми и энергетическими распределениями, зависящими от типа и энергии лидирующей частицы. Так как плотность атмосферы, особенно в верхних слоях, мала, основная часть рождающихся -мезонов будет распадаться на мю-мезоны. Тогда ядерными взаимодействиями пионов в первом приближении можно пренебречь.

Особенно важной характеристикой при расчете является минимальная энергия  мю-мезонов, начиная с которой происходит регистрация частиц.

Для определения , составим уравнение, учитывающее полные потери мю-мезонов в зависимости от глубины   х   и энергии мюонов . Это уравнение можно записать в виде:

 

-frac{dvarepsilon _{mu }}{dx}=a+bvarepsilon_{mu }+clnvarepsilon _{mu }                                         (3)

 

где     полные потери энергии мю-мезонов на участке dx; a-коэффициент   ионизационных   потерь   мю-мезонов   на   участке dx, коэффициент b характеризует потери энергии на образование пар, ядерные взаимодействия и генерацию проникающих частиц, третий член в уравнении (3) учитывает потери энергии мю-мезонов на черенковское излучение.


Библиографический список
  1. Мурзин В.С., Сарычева Л.И. Космические лучи и их взаимодействие. – Москва: Атомиздат, 1968.- 389 с.
  2. И. М. Капитонов. Введение в физику ядра и частиц. М., КомКнига, 2006.
  3. Н. Л. Григоров, М. А. Кондратьева, И. Д. Рапопорт. Космические лучи. М., Физматгиз,1962.
  4. Искаков Б.А.,Тулебаев Т.Н. Сцинтилляционный детектор большой площади для регистрации наклонных ливней ШАЛ // Современные достижение физики и фундаментальное физическое образование-2011. –Алматы: КазНУ, 2011.-152 с.
  5. Искаков Б.А., Мендибаев К.О. Модернизация мюонного супертелескопа. // Исследования в области естественных наук. – Февраль, 2013 [Электронный ресурс]. URL: http://science.snauka.ru/2013/02/4158


Все статьи автора «Искаков Бахтияр Абуталиповия»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: