Лит.: Хьюз В., Мюоний, «Успехи физических наук», 1968, т. 95, в. 3; Гольданский В. И., Фирсов В. Г., Химия новых атомов, «Успехи химии», 1971, т. 40, в. 8.

Л. И. Пономарёв.

Мюо'ны (старое название — m-мезоны), нестабильные элементарные частицы со спином1/2, временем жизни 2,2x10– 6сек и массой, приблизительно в 207 раз превышающей массу электрона. Существуют положительно заряженные (m+) и отрицательно заряженные (m– ) М., являющиеся частицей и античастицей по отношению друг к другу. М. относятся к классу лептонов, т. е. участвуют в электромагнитных и слабых взаимодействиях и не участвуют в сильных взаимодействиях.

Открытие мюонов и их источники. М. были впервые обнаружены в космических лучах в 1936 американскими физиками К. Андерсоном и С. Неддермейером. Сначала М. пытались отождествить с частицей, которая, согласно гипотезе японского физика Х. Юкавы, является переносчиком ядерных сил. Однако такая частица должна была интенсивно взаимодействовать с атомными ядрами, тогда как опытные данные показывали, что М. слабо взаимодействует с веществом. Этот «парадокс» был разрешён в 1947 после открытия пи-мезона (p), обладающего свойствами частицы, предсказанной Юкавой, и распадающегося на М. и нейтрино.

Основным источником М. в космических лучах и на ускорителях заряженных частиц высоких энергий является распад p-мезонов (пионов), а также К-мезонов (каонов), интенсивно рождающихся при столкновениях сильно взаимодействующих частиц (адронов), например протонов (р) с ядрами:

p+(K+) ® m+ + nm, (1, а)

(здесь nm,

 — мюонные нейтрино и антинейтрино). Др. источники М. — рождение пар m+m– фотонами (g) высоких энергий, электромагнитные распады мезонов типа r ® m+ + m– , так называемые лептонные распады гиперонов, например L° ® р + m + nm и т. д. — играют, как правило, значительно меньшую роль.

В космических лучах на уровне моря М. образуют основную компоненту (~80%) всех частиц космического излучения. На современных ускорителях заряженных частиц высокой энергии получают пучки М. с интенсивностью 105—106 частиц в сек.

Спин nm, возникающего при распадах (1, а), ориентирован против направления своего импульса, а спин

 от распадов (1, б) — по направлению импульса. Отсюда на основании законов сохранения импульса и момента количества движения следует, что спин m+, рождающегося при распаде покоящихся p+ или К+, направлен против его импульса, а спин m– — в направлении импульса (см. рис.).

Поэтому М. в зависимости от кинематических условий их образования и энергетического спектра пионов и каонов оказываются частично (или полностью) поляризованными в направлении импульса (m– ) или против него (m+).

Взаимодействие мюонов. Слабые взаимодействия М. вызывают их распад по схеме:

(где е+, е– , ne,

 — позитрон, электрон, электронные нейтрино и антинейтрино соответственно); эти распады и определяют «время жизни» М. в вакууме. В веществе m– «живёт» меньше: останавливаясь в веществе, он притягивается положительно заряженным ядром и образует так называемый мюонный атом, или m-мезоатом, — систему, состоящую из атомного ядра, m– и электронной оболочки. В мезоатомах благодаря слабому взаимодействию может происходить процесс захвата m– ядром:

m– + ZA ® Z-1B + nm

(где Z — заряд ядра). Этот процесс аналогичен К- захвату электронов ядром и сводится к элементарному взаимодействию

m– + p ® n + nm

(где n — нейтрон). Вероятность захвата m– ядром растет для лёгких элементов пропорционально Z4 и при Z » 10 сравнивается с вероятностью распада m– . В тяжёлых элементах «время жизни» останавливающихся m– определяется в основном вероятностью их захвата ядрами и в 20—30 раз меньше их «времени жизни» в вакууме.

Из-за несохранения пространственной чётности в слабом взаимодействии при распаде (2, а) позитроны вылетают преимущественно в направлении спина m+, а электроны в распаде (2, б) — преимущественно в направлении, противоположном спину m– (см. рис. к ст. Слабые взаимодействия). Поэтому, изучая асимметрию вылетов электронов или позитронов в этих распадах, можно определить направления спинов m– и m+.

Современные опытные данные показывают, что во всех известных взаимодействиях М. участвует в точности так же, как электрон (позитрон), отличаясь от него только своей массой. Это явление называется m — е-универсальностью. Вместе с тем М. и электрон отличаются друг от друга некоторым внутренним квантовым числом, и такое же различие имеет место для соответствующих им нейтрино nm и ne (см. Лептонный заряд). Доказательством этого служит то, что нейтрино, возникающее вместе с М. (например, при распаде p+ ® m+ + nm), не вызывает при столкновении с нуклонами рождения электрона, а также то, что не наблюдаются безнейтринные распады