الميونات Meons

بعد أن نشر يوكاوا نظريته عام 1935 التي تقترح تبادل جسيمات بين النيوكليونات تحمل القوة النووية القوية (S.I) وذات المدى القصير (^15-m 10)  بحث العلماء عن هذه الجسيمات، وكان فريق يتألف من نيدر ماير وأندرسون يقومان بدراسة الإشعاع الكوني عام 1937 حيث وضعا لوحاً من الرصاص في حجيرة السحاب لدراسة فقد الطاقة بواسطة الإشعاع الكوني عند مروره فيها فبينت بعض الصور المأخوذة للحجيرة أن عناك جسيمات مؤينة قد نتجت ولكن اتضح أن الإيونات الناتجة عنها أقل من تلك الناتجة عن البروتونات. ومن ثم فهي ليست بروتونات، كما أن معدل فقدها للطاقة يقل كثيراً عن معدل فقد الإلكترونات للطاقة، ومن ثم فهي ليست الكترونات. كما بنيت الدراسات المغناطيسية على حجيرات السحاب بواسطة علماء آخرون أن هذه الجسيمات موجبة وسالبة النسخة كما وأن كتل هذه الجسيمات تساوي حوال MeV) 207 m_e 105). وأطلق على هذه الجسيمات وقتها الميزونيات أو (mesonμ). واعتقد العلماء أن هذه الميزونات هي ميزونات يوكاوا. ولكن تبين فيما بعد أن هذه الجسيمات لا يمكن أن تكون ميزونات يوكاوا وذلك للأسباب التالية:

1) هذه الجسيمات ذات مدى طويل يبلغ عدة أمتار، أما ميزونات يوكاوا فيجب أن يقع مداها في حدود قطر النواة (فيرمي ^15-10 متراً).

2) تتفاعل هذه الجسيمات مع المادة من خلال التفاعلات الضعيفة فقد تستطيع المرور من الغلاف الجوي كله دون تفاعل واحد وكذلك من خلال التفاعلات الكهرومغناطيسية أما ميزونات يوكاوا فذات تفاعل قوي جداً هو التفاعل النووي بين النيوكليونات. عمر النصف لهذه الجسيمات طويل بالمقارنة مع توقعات التفاعلات القوية. ويساوي s^{6 –} 10 × 2.2 لكل من ^±μ وتتحلل حسب معادلة الاتية:

يبين الشكل (1) تحلل الميون، حيث يدخل الميون إلى حجيرة

الشكل (1)

سحابية مملوءة بغاز الأرجون وعندما يمر الميون من شريحة الألمنيوم التي يبلغ سمكها cm 0.6 فإنه يتوقف. وينطلق الكترون يحمل نفس شحنة الميون بالإضافة إلى النيوترينات ونلاحظ هنا أنه ينتج عن تحلل الميزون ثلاثة جسيمات ومن ثم فإن هذا التحلل يعتبر مسألة ذات ثلاثة جسيمات (Three - Body Problem). كما وأننا نلاحظ هنا أن هناك نوعين من النيوترينات أحدهما خاص بالإلكترون (v_e) والآخر خاص بالميونات (v_μ) وهما قطعاً نوعان مختلفان من الجسيمات وإن كانا متماثلان في الكتلة (كتلتهما السكونيتين تساويان صفراً) والشحنة والزخم المغزلي، فلو كان الجسيمان متماثلان فيجب إذن أن يلاشي أحدهما الأخر وينتج عن ذلك الفوتون، إلا أن ذلك لم يشاهد عملياً، وبالتالي فهما جسيمان مختلفان، وسوف تعود إلى هذه النقطة فيما بعد.

ويمكن قياس كتلة الميون السالب والكشف عنه بدراسة طيف الطاقة للذرة الميزونية. تتكون هذه الذرة عندما يتم إيقاف الميون في مادة مناسبة إذ يمكن للميون أن يحل محل الكترون مداري ومن ثم تنشأ الذرة الميزونية. وحيث أن كتلة الميون. تختلف عن كتلة الإلكترون فإن المستويات الذرية لهذه الذرة تختلف عن مثيلاتها الأخريات وبأنصاف أقطار أصغر من الذرات العادية. وعندما يحدث إثارة للذرة ويبدا (^-μ) في القفز من مدار إلى آخر أقرب من النواة فإن الذرة المثارة تطلق أشعة X ومن ثم يمكن قياس كتلة الميزون.

أما بالنسبة لجسيم (⁺μ) فإن كتلته تساوي تمثله (^-μ) لأنه أحدهما يعتبر ضديد الآخر. ويمكن الحصول على الميونات في المعمل بتحلل البايونات حسب العلاقة الاتية

وتتفاعل الميونات مع المادة، فقد تؤسر فيها وتعتمد مساحة مقطع الأسر على Z⁴ ويمكن كتابة التفاعل حسب العلاقة:

(1)...............

أما بايونات يوكاوا فقد اكتشفت عام 1947.