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:
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 h’под углом θ, с энергией µ . Найдем вероятность достижения µ+-мезоном глубины h.
(1)
где -время прохождения мюоном слоя dh,
(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:
(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
- Мурзин В.С., Сарычева Л.И. Космические лучи и их взаимодействие. – Москва: Атомиздат, 1968.- 389 с.
- И. М. Капитонов. Введение в физику ядра и частиц. М., КомКнига, 2006.
- Н. Л. Григоров, М. А. Кондратьева, И. Д. Рапопорт. Космические лучи. М., Физматгиз,1962.
- 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.
- 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