Физическая энциклопедия - мезонная химия

метод изучения структуры в-ва (возник в 60-х гг. 20 в.), к-рый использует известные св-ва мюонов (mВ±), pи К-мезонов для получения данных об электронной оболочке молекул, кристаллич. и магн. структуре в-в, скоростях хим. реакций и т. д. В М. х. можно выделить четыре осн. направления исследований: p-и m--M. х., изучение поведения m+ в в-ве и реакций мюония (связанной системы m+ е-).

В основе p--М. х. лежит использование яд. реакции перезарядки p-на ядрах водорода: p-+рВ®n+pВ°. Вероятность w этой реакции очень сильно зависит от заряда Z (в ед. заряда протона е) ядра атома Z, с к-рым связан водород в соединении ZmHn, и равна: w(ZmHn)»a(n/m)Z-3. Кроме того, коэфф. а в этой ф-ле даже при одном и том же Z зависит от типа хим. связи между атомами Н, в частности от степени ионности (полярности) связи.

Т. о., p--мезонный метод позволяет надёжно отличить химически связанный водород от свободного. Напр., для аммиака NH3 и эквивалентной ему механич. смеси N2+3Н2 измеренное отношение w(NH3)/1/2w(N2+3H2)»1/10. В основе m--М. х. лежит измерение энергий и интенсивностей отд. линий рентгеновских серий в мюонных атомах (см. МЕЗОАТОМ) разл. хим. элементов. При захвате mядром на возбуждённые уровни и последующих переходах в осн. состояние испускаются характерные для каждого элемента g-кванты. Энергия излучаемых мезорентгеновских серий явл. хар-кой хим. элемента, ядро к-рого вместе с мюоном образует мезоатом. Такой спектральный анализ элементного состава в-в по существу ничем не отличается от обычного спектрального анализа. Однако в отличие от рентгеновских серий обычных атомов, относит. интенсивность отд. линий рентгеновских серий мезоатома зависит от вида хим. соединения, в к-рое входит исследуемый элемент.

Это св-во рентгеновского излучения m--атомов положено в основу идеи нового метода анализа в-ва в закрытых контейнерах, к-рый в принципе позволяет определить не только элементный состав образца, но также и вид хим. соединения, составленного из этих элементов. При изучении св-в в-ва с помощью m+ и мюония (Mu) используется наличие спина у мюона и эл-на, а также факт несохранения четности при распаде m+В®e++ve+v=m.

Направление вылета е+ в этой реакции коррелированно с направлением спина m+ . Поэтому в магн. поле вследствие прецессии спина мюона с частотой wm= еН/mmс (где H напряжённость магн. поля, mm, е масса и электрич. заряд мюона) будет периодически меняться также интенсивность позитронов, вылетающих в нек-ром фиксиров. направлении (рис.); Схема наблюдения спина мюона (m+ ). Магн. поле перпендикулярно плоскости рисунка; толстая стрелка направление спина m+ . это даёт возможность следить за направлением спина m+. Т. о., m+ , а также мюоний представляют собой по существу меченые атомы (см. ИЗОТОПНЫЕ ИНДИКАТОРЫ), за движением к-рых можно проследить от момента их рождения до момента распада.

В частности, локальные магн. поля в кристалле взаимодействуют со спином m+ и изменяют картину прецессии его спина, что позволяет делать заключения о величине и распределении внутр. магн. полей в кристалле, изучать диффузию мюонов в кристаллах, обнаруживать фазовые переходы с изменением магн. структуры и т. д. Мюоний явл. аналогом атома водорода, поэтому, исследуя реакции мюония, можно сделать заключения о реакциях атомарного водорода.

Т. к. спин мюония (в ортосостоянии) равен 1, а приведённая масса прибл. равна массе эл-на, частота его прецессии составляет wMu» еН/2mес. При вступлении мюония в хим. реакцию связь между m+ и еразрывается и характер прецессии резко меняется, что позволяет определить абс. скорость хим. реакций мюония, а следовательно, и реакций атомарного водорода. С помощью мюония удалось моделировать состояние водородного атома в полупроводниках, растворах и т. д. .