Atom de muon

Atomii de muoni sunt anumite tipuri de atomi mesici . Diferența lor față de un atom obișnuit se datorează prezenței unuia sau mai multor muoni în învelișul electronic, care va lua locul electronilor. Primele studii asupra acestui tip de atomi sunt realizate de Enrico Fermi și Edward Teller .

Antrenament și evoluție

Când un muon încărcat negativ se oprește în interiorul unui material, acesta este atras de nucleul unui atom și este captat rapid de acesta. Ulterior, particula va coborî prin diferitele niveluri de energie până când va atinge cel mai scăzut nivel de energie, numit 1S . Energia emisă în timpul acestui proces, numită cascadă de muoni , va conduce mai întâi la emisia de electroni prin efectul Auger și ulterior (de obicei în jurul nivelului n = 5 ) prin emisia de raze X , dar detaliile emisiei depind de natura chimică și fizica materialului absorbant. De exemplu, dacă materialul este într-o formă gazoasă, orbitalele electronice lăsate libere după emisia Auger vor fi greu înlocuite ^{[ De ce? Sursă? ]} . Muonul, în acest moment, are două destine posibile: se poate descompune spontan în timp ce se află pe orbită (amintiți-vă că este o particulă instabilă) sau poate fi capturat de nucleul atomului. Dezintegrarea spontană are loc în funcție de reacția tipică:

$\mu ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+\nu _{\mu },~~~\mu ^{+}\to e^{+}+\nu _{e}+{\bar {\nu }}_{\mu }$ ${\ displaystyle \ mu ^ {-} \ to e ^ {-} + {\ bar {\ nu}} _ {e} + \ nu _ {\ mu}, ~~~ \ mu ^ {+} \ to e ^ {+} + \ nu _ {e} + {\ bar {\ nu}} _ {\ mu}}$ $\ mu ^ {-} \ to e ^ {-} + {\ bar \ nu} _ {e} + \ nu _ {\ mu}, ~~~ \ mu ^ {+} \ to e ^ {+} + \ nu _ {e} + {\ bar \ nu} _ {\ mu}$

Captarea nucleară

Deoarece masa muonului este mult mai mare decât cea a electronului, orbita acestuia va fi mult mai aproape de nucleu decât cea a unui electron: în starea 1S raza orbitală va fi cu siguranță comparabilă cu raza de distribuție a sarcinii nucleare și chiar și pentru nucleele mai grele, orbita muonului va fi în interiorul nucleului însuși. Prin urmare, va exista o anumită probabilitate (dependentă de numărul atomic) ca muonul să fie captat de un proton al nucleului, conform reacției:

$\mu ^{-}+(A,Z)\rightarrow \nu _{\mu }+(A,Z-1)^{*}$ ${\ displaystyle \ mu ^ {-} + (A, Z) \ rightarrow \ nu _ {\ mu} + (A, Z-1) ^ {*}}$ $\ mu ^ {{-}} + (A, Z) \ rightarrow \ nu _ {{\ mu}} + (A, Z-1) ^ {*}$

După cum arată reacția, un proton al nucleului va fi transformat într-un neutron , iar asteriscul indică faptul că nucleul va fi adus într-o stare excitată. Această probabilitate va depinde puternic de numărul atomic al materialului absorbant și va varia de la 7% pentru atomii ușori precum carbonul până la 97% pentru plumb. Starea excitată a nucleului va tinde să se descompună, iar tipul de descompunere va depinde de natura elementului de captare. În majoritatea cazurilor va avea loc prin emisia unuia sau mai multor neutroni, dar dacă nucleul este deosebit de greu, poate avea loc și fisiunea nucleului.

Printre modalitățile de captare nucleară se numără și captarea de tip radiativ . De asemenea, în acest caz are loc o reacție între muon și un proton al nucleului, dar diferența față de modelul deja discutat constă în faptul că energia eliberată de captură nu excită nucleul, ci este emisă printr-un foton :

$\mu ^{-}+p\rightarrow \nu _{\mu }+n+\gamma$ ${\ displaystyle \ mu ^ {-} + p \ rightarrow \ nu _ {\ mu} + n + \ gamma}$ $\ mu ^ {{-}} + p \ rightarrow \ nu _ {{\ mu}} + n + \ gamma$

Cu toate acestea, probabilitatea apariției acestei reacții este modestă: cu un factor de aproximativ $10^{-4}$ ${\ displaystyle 10 ^ {- 4}}$ $10 ^ {{- 4}}$ comparativ cu captarea tipului obișnuit.

Trebuie remarcat faptul că odată ce muonul este capturat de nucleu, deoarece un proton este transformat într-un neutron, numărul atomic al atomului se schimbă (de la Z la Z-1 ) schimbând astfel natura atomului în sine cu acesta. De exemplu, dacă nucleul unui atom de siliciu ( Z = 14 ) captează un muon, acesta va deveni un atom de aluminiu ( Z = 13 ).

Portal cuantic : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de cuantică