μ子原子的自然百科

[拼音]：μ- yuanzi

[外文]：μ-atom

被原子核俘获在核外玻尔轨道上的μ-子代替电子所形成的奇特原子。这一现象首先由中国科学家张文裕在宇宙线中观察到，而μ-子在核外玻尔轨道上跃迁时所放出的X射线当时曾被称为张氏辐射。

μ-子的特点是它仅参与电磁相互作用和弱相互作用，其寿命也比较长， 为 (2.197090±0.000050)×10-6。这就使得原子中的μ-子在核外被俘获后可生存较长的时间，有可能在实验中观察它被俘获时放出的电磁辐射，以及通过弱作用被原子核吸收而转化为μ子中微子vμ的过程：

由于上述这两种过程都与核结构的细微性质有关，因而这两类现象就被利用来研究原子核的各种性质。

首先μ-子的质量比电子的重206倍，因此μ-子在核外的玻尔轨道就比相应的电子轨道半径小 206倍。μ-子的玻尔半径约为2.6×10-11cm，另一方面，原子核的半径约为1.2×10-13A1/3，其中A是原子核的质量数。这样，原子核的电荷分布将灵敏地影响到核外μ-子所处的能级。反过来，通过对μ-子原子能级的精细研究，就能测定出相应原子核的电磁半径以及电荷密度的分布来。因此，通过对μ-子原子能级结构的研究，就能对原子核的电磁性质提供许多重要的信息。

被俘获到原子轨道上的μ-子，除了衰变以外，还会以相当大的几率通过弱作用而被原子核吸收。这时，除了放出μ子中微子以外，相应的原子核状态也将改变。因为μ-子的静止质量很大，所以吸收了μ-子的原子核往往能处在很高的激发态上，并可通过释放中子，或者核裂变等各种途径释放能量。这样μ-子吸收就成为获得激发态原子核、特别是一些较高激发态原子核的一种手段。通过研究μ-子吸收中各种类型的原子核能态跃迁，可以测定相应的核矩阵元，这就为研究核结构模型提供了令人感兴趣的知识。例如，研究在μ-吸收中发射中子的能谱及角分布等，将有助于确定中子对(Z-1，A-1)核的等效光学势。此外，研究μ-子吸收时所释放出的内轫致辐射以及由内轫致辐射产生的电子对、内转换电子、内康普顿散射等高级过程，均有助于理解各有关核的弱相互作用，电磁相互作用的各种性质。μ-子原子可作为研究核物质的一种十分有用的探针，从中可以获得许多有关核的性质的信息。