Файл: Айзенберг И. Механизмы возбуждения ядра. Электромагнитное и слабое взаимодействия.pdf

ГЛАВА 8

МЮОННЫЕ

АТОМЫ

Из классической атомной спектроскопии хорошо известно, что для получения информации о ядре атома могут быть использо­ ваны данные анализа эффектов сверхтонкой структуры*. В част­ ности, с их помощью можно получить сведения о спине основного состояния ядра и о магнитном дипольном и электрическом квадрупольном распределениях. Для изучения некоторых свойств ядер могут быть использованы также данные о сдвигах уровней в атом­ ных спектрах различных изотопов. В легких ядрах эффекты при­ веденной массы вызывают изменение энергии связи атомов. Для более тяжелых ядер эти эффекты играют маленькую роль. В таких ядрах энергия связи может уменьшаться вследствие проникнове­ ния электрона внутрь ядра, в результате чего он становится чув­ ствительным к меньшему эффективному ядерному заряду. Для деформированных ядер, в которых величина деформации может изменяться от изотопа к изотопу, эффект проникновения электрона в ядро можно использовать для измерения изменений деформации ядер [51, 52, 219].

Спектроскопические исследования подобного рода могут быть выполнены и для системы, которая имеет отрицательный мюон, находящийся на атомной орбите. Поскольку масса мюона в 207 раз

•с тем же. самым зарядовым числом Z. Вследствие этого мюон много времени проводит вблизи ядра и является таким образом очень

•-изучения электронных атомоз (а также мюэнных и пионных атомов), не­ давно был дан Сенсом [313] (см., кроме того, [218, 227, 335, 354]).

быть использованы для определения параметров плотности заряда* ядра в основном состоянии.

Оказывается, что сверхтонкая структура мюонных атомов осо­ бенно чувствительна к электрическому квадрупольному распреде­ лению В ЯДре. Об ЭТОМ МОЖНО СуДИТЬ ПО ВеЛИЧИНе (е2(2дг//-3) /(ЦцрЛ '/''3 )г

напротив, это отношение равно приблизительно 200 и, таким об­ разом, можно извлечь сведения о £2-эффектах с относительно малой примесью Ml-эффектов.

Помимо определения статических квадрупольных моментов ядра, изучение сверхтонкой структуры мюонных атомов позволяет получить сведения о квадрупольных моментах при переходе из- основного состояния. Это связано с тем, что низколежащие рота­ ционные состояния сильно деформированных ядер имеют энергии' возбуждения порядка 100 кэв, которая сравнима с эффектами тонкой структуры в рентгеновском спектре мюонных атомов. Существует также динамический ^ - эффект, в котором мюон поляризует ядро,, приводя к смешиванию основного состояния ядра с различными, возбужденными состояниями, а также к смешиванию и расщепле­ нию мюонных состояний. Таким образом, измерение параметров сверхтонкой структуры позволяет определить знак и величину квадрупольных моментов возбужденных состояний способом, кото­ рый имеет много общего со способом, импользуемым при изучении многократного кулоновского возбуждения (см. § 7.3). Эксперимен­ тальное наблюдение таких эффектов сверхтонкой структуры полу­ чило большое развитие благодаря использованию германиеволитиевых детекторов с очень высоким разрешением [362, 313]. При анализе этих данных необходимо учитывать эффекты поля­ ризации вакуума [249, 141, 142]. Из-за близости мюона к центру кулоновских сил поляризация может приводить к энергетическому сдвигу в несколько десятков килоэлектронвольт для атомных уровней Is в тяжелых ядрах и к сдвигу в несколько килоэлектрон­ вольт для 3d- и 4/-уровней в этих ядрах.

§ 8.1. Сферическое распределение статического заряда

Получение информации о распределении заряда в основном/ состоянии ядра из рентгеновских спектров мюонных атомов требует решения радиального уравнения Дирака для потенциала, созда­ ваемого предполагаемым распределением заряда. Это уравнениеполучено в § 3 приложения Б. Из (ПБ.64) имеем