Мезо-атомы

Мезо-атомы

Пожалуй, еще более странны мезо-атомы. Они обладают таким же положительно заряженным ядром, как и обычные атомы, но отличаются от них строением наружной электронной оболочки. В мезо-атомах один из электронов замещен на мезон — на тяжелую частицу с массой в 210 раз больше, чем у электрона. Мезо­атомы настолько необычны, что ставят под сомнение многое из того, в чем физики, изучив размеры и строе­ние атома, были до сих пор твердо уверены.

Чем больше заряд атома, чем больше его поряд­ковый номер в таблице Менделеева, тем сильнее, ко­нечно, его ядро притягивает электроны и тем мень­ше размеры атома — диаметр электронных орбит в его внешней электронной оболочке. Известно также, что диаметр орбиты зависит и от массы вращающейся частицы. Чем тяжелее она, тем ближе к центральному ядру орбита ее вращения. Таким образом, очень легко можно рассчитать, на каком расстоянии от ядра долж­на находиться орбита мезона в мезо-атоме.

Физики научились получать в своих ускорителях очень мощные потоки мезонов и точно регулировать скорость мезонов. Оказалось, что медленные мезоны, обладающие тепловой скоростью, блуждая между ато­мами, захватываются ими и замещают в орбите элект­роны. При захвате мезонов тяжелыми атомами были обнаружены загадочные, поистине удивительные явле­ния. Точно установлено, например, что ближайшая к ядру орбита, на которой положено вращаться мезону в мезо-атоме свинца (занимающего 82-е место в таблице Менделеева) должна быть в 82X210 раз меньше орбиты водородного атома. Диаметр мезонной орбиты в мезо-свинце должен быть равен:

Этот немыслимый результат точно подтвердился измерениями длины волн — излучения, испускаемого мезо-атомами. В течение громадного (по атомным мас­штабам) периода времени, за одну миллионную долю секунды, мезон совершает миллионы миллионов обо­ротов внутри ядра. Плотность же ядерного вещества так чудовищно велика, что только 1 см? его весил бы в земных условиях не менее миллиарда тонн. Как же должно быть построено атомное ядро?

Судьба мезо-атомов завершается катастрофой: ме­зон поглощается ядром, и оно взрывается — разлета­ется на множество кусков. Выделяющаяся при этом энергия аннигиляции отрицательного мезона и поло­жительного ядерного вещества очень велика. Еще не вполне известно, в какой форме она выделяется. Боль­шую часть ее уносят образующиеся при взрыве частицы.

Так реагируют с атомными ядрами мю-мезоны. Но известны два типа отрицательных мезонов. Судьба пи-мезонов не менее любопытна. Ядра тяжелых ато­мов поглощают их мгновенно и при этом мгновенно взрываются.

Реакция между мезонами и атомными ядрами не требует высокой температуры. Для нее не нужны сотни миллионов градусов, как для термоядерных реакций. Она с успехом протекает при обычных условиях. Быть может, ядерные реакции на мезонах откроют в буду­щем новый путь к овладению внутриядерной энергией. Но пока на это еще очень мало надежды. Ученые еще не знают, как заставить мезонные реакции проте­кать по цепному механизму и поддерживать самих себя.

В самом простом из всех мезо-атомов — в мезо-водороде вокруг центрального ядра вращается мезон. Это атом без электронов.

Удивительные загадки и трудные задачи связаны с таинственными мезо-атомами. На вашу долю, юные физики, достается очень важная и сложная работа: разгадать тайну строения атомных ядер; наверное, этому поможет и изучение мезонов.