Мю мезон, мюоний и мезонный альянс

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Природе не чужда любовь к экзотике. Нередко в этом приходится убеждаться и физикам, изучающим микромир. Учеными было обнаружено неизвестное ранее явление существования атомарного мюония в конденсированных средах. За скупой формулой открытия скрываются удивительные, а в некотором смысле даже драматические события в микромире. Герой «драмы» — мю-мезон, элементарная частица, открытая в числе первых, но до сих пор остающаяся таинственной.

Не ясна роль мю-мезона в микромире, отведенная ему природой, как правило, рациональной, не создающей ничего лишнего. Но оттого, что не ясна ученым его роль, мю-мезон не перестанет существовать. А через внимательное изучение поведения мезона раскрывается удивительнейшая реальность. Живет мю-мезон ничтожно мало по привычным нам меркам — всего лишь миллионные доли секунды. Но какая это яркая и насыщенная жизнь!

За короткие мгновения своей жизни мю-мезон, попав в вещество, успевает образовать… собственный атом! Положительно заряженный мю-мезон отрывает от ближайшего атома слабо связанный внешний электрон и заставляет его вращаться вокруг себя. Мюоний — новорожденный атом — вполне достоин называться атомом. От водорода, например, он отличается лишь тем, что весит в 9 раз меньше — именно во столько раз мю-мезон легче ядра водорода — протона. Да еще живет мюоний, как и сам мезон, ничтожно мало.

Но, как и положено атомам, по крайней мере большинству из них, мюоний может образовывать химические соединения. Едва родившись, он тотчас вступает в химическую связь с атомами вещества, в котором он возник. На языке химиков мюоний — весьма активный реагент. Двухатомная молекула в составе мюония и одного из атомов вещества живет до тех пор, пока жив мезон, а с ним и атом мюония.

Благодаря особым свойствам мю-мезона ученые имеют возможность проследить всю его судьбу. Мю-мезон как бы подает сигналы, сообщает о том, что с ним происходит, — попал в вещество, создал собственный атом, вступил в химическую реакцию и, наконец, погиб в сетях химических связей. Но, даже погибая, он остается альтруистом. Неоценимую пользу приносит мюоний науке, особенно химии.

Ученые обнаружили, что мюоний — двойник водорода, его точная копия в химической жизни. Мюоний досконально повторяет химическое поведение водорода, вступает в те же химические реакции и абсолютно с той же скоростью. А скорость химической реакции — чрезвычайно важная для химиков величина. Всегда важно знать, с какой скоростью атомы выстроятся в сложную молекулярную цепочку, в какую именно цепочку они выстраиваются быстрее, охотнее, в каком направлении пойдет реакция. Особенно важно это для водорода, ведь водород — главный персонаж в органической химии.

Но коль скоро мюоний — химический двойник водорода, так пусть он и заменит водород в опытах химиков. Подобно «меченому» радиоактивному атому, мюоний расскажет ученым обо всех превратностях химической жизни, которая предстоит водороду. Так и сделали. Теперь с помощью мюония химики получают точные количественные характеристики сотен процессов синтеза органических веществ.

Не только в химии сейчас используются свойства мюония. Мюониевый метод взят на вооружение в физике твердого тела, для изучения свойств полупроводников, магнитных свойств вещества. С помощью мюония исследуются ядерные взаимодействия, решаются и другие фундаментальные проблемы физики и химии.

Так экзотические плоды, вырастающие на ниве микромира, удается превратить в «хлеб насущный» научно-технического прогресса.

Автор: Ю. Слюсарев.