Мюон

Current state

Compiler backend. The compiler currently outputs C code. This means that we inherit C’s undefined behavior model, which goes against the goals listed above! An LLVM backend is in the works which will avoid any undefined behavior.

Performance. The compiler is pretty fast. A basic benchmark — compiling the Muon compiler (which is itself written in Muon), which is ~12K lines of code, on a 4Ghz core i7 — shows a compilation speed of ~0.5 million lines/second. The compiler is single threaded right now and there’s lots of room for further improvement. One major caveat: after the Muon compiler has finished, a C compiler still needs to run to generate the final binary, which usually takes up the most time. The LLVM backend will (hopefully) reduce this.

Мюон.

Обсуждение новых теорий по физике.

Правила форумаНаучный форум «Физика»

Комментировать

Сообщений: 208
• • 1, , , , …

Комментарий теории:  AleksandrDudin » 03 авг 2015, 23:07

AleksandrDudin

Сообщений: 1983

Зарегистрирован: 27 ноя 2013, 23:06

Благодарил (а): раз.

Поблагодарили: раз.

Комментарий теории:  AleksandrDudin » 06 июн 2016, 14:55

AleksandrDudin

Сообщений: 1983

Зарегистрирован: 27 ноя 2013, 23:06

Благодарил (а): раз.

Поблагодарили: раз.

Комментарий теории:  alexandrovod » 10 июн 2016, 19:37

Причина спонтанного распада с метастабильного уровня на сколько я знаю не выяснена, хотя период полу распада для слабых и радиационных распадов давно научились вычислять с достаточной точностью. А для последних даже годной для расчёта лазеров. Теперь на счет наиболее трудного вопроса — мюона, таона и их распадов. Наглядное, механическое представление их распадов можно представить следующим образом — все три лептона можно представить одной прямоугольной пирамидой с разными сторонами, Электрон — пирамида лежит на плоскости 0-энергии самой большей плоскостью, мюон средней, таон малой. В этом случае все три априори элементарны. Но мюон может спонтанно упасть на большую площадь, таон на среднюю и большую. При этом обязательно будет произведена волна возбуждения в виде нейтрин-антинейтринной пары. Это представление конечно весьма примитивное. На счет того то протон (барион) может состоять из набора разнообразных суперпозиций лептонов с антилептонами, то это предположение допустимо, и даже немного перекликается с моим. Только у меня в барионе на три анти лептона больше моря пар, то есть барионный заряд антилептона =1/3, а у тебя =1. С уважением Овод

alexandrovod

Сообщений: 4851

Зарегистрирован: 06 май 2014, 17:34

Благодарил (а): раз.

Поблагодарили: раз.

Комментарий теории:  alexandrovod » 12 июн 2016, 07:58

Изредка он распадается и на е+е- + фотон (пара Дарлинга), этот распад слабый, но 2-3 порядка интенсивней расчетного, по видимому есть примесь электромагнитного распада второго фотона в остаточном поле исчезнувшего пиона. Но вопрос в том существует ли это остаточное поле? С уважением Овод

alexandrovod

Сообщений: 4851

Зарегистрирован: 06 май 2014, 17:34

Благодарил (а): раз.

Поблагодарили: раз.

Комментарий теории:  alexandrovod » 13 июн 2016, 14:32

Уважаемый Борис, это предположение не противоречит современным представлениям. Единственная не стыковка, а правильней не проработка в таком представлении — это объяснение сильного-ядерного взаимодействия мезонов. С уважением Овод

alexandrovod

Сообщений: 4851

Зарегистрирован: 06 май 2014, 17:34

Благодарил (а): раз.

Поблагодарили: раз.

Комментарий теории:  AleksandrDudin » 14 ноя 2016, 21:37

AleksandrDudin

Сообщений: 1983

Зарегистрирован: 27 ноя 2013, 23:06

Благодарил (а): раз.

Поблагодарили: раз.

Комментарий теории:  Андрей Р » 14 ноя 2016, 22:59

Если частица представляет из себя фотон или фотоны, то как физически фотоны могут быть аккумулированы внутри? Даже если рассмотреть частицу как локализованное поле от внешнего, в котором фотон (фотоны) продолжают существовать, то должны быть граничные условия этой локальности, не дающие в стабильном состоянии покидать фотонам эту локальность?

Андрей Р

Сообщений: 1558

Зарегистрирован: 08 апр 2014, 14:04

Благодарил (а): раз.

Поблагодарили: раз.

Комментировать

Сообщений: 208
• • 1, , , , …

Мюоний

Мюоний
– связанная квантовая система, состоящая из положительно заряженного мюона
μ+ и электрона e-. Мюоний отличается от атома
водорода заменой протона на положительно заряженный мюон μ+.
Мюоний образуется при торможении мюонов μ+ в веществе.
Мюон может присоединить один из электронов электронной оболочки атома среды,
образуя связанное состояние μ+e-. Время жизни мюония
определяется средним временем жизни мюона τ(μ) = 2.2·10-6 с.
Уровни энергии мюонного атома E_n можно рассчитать на основе
нерелятивистского уравнения Шредингера

где
R = 13.6 эВ − постоянная Ридберга, n = 1,2,3, … −
главное квантовое число.
    Радиус боровской орбиты мюония a = 0.532 Å. Потенциал ионизации атома мюония E_и=13.54 эВ. Мюоний − это
простейшая система, состоящая из лептона e- и антилептона
μ+, связанная электромагнитным взаимодействием. Поэтому
прецизионное измерение тонкой структуры спектра мюония является одним из точных
методов проверки квантовой электродинамики. Так как электрон и мюон являются
фермионами имеющими спин s = 1/2 их суммарное значение
спина  может принимать значение s= 0 или s = 1 (спины фермионов могут быть либо антипараллельны, либо параллельны). В 75%
случаев атомы мюония образуются в состоянии с параллельными спинами мюона
и электрона и в 25% случаев суммарный спин мюония равен нулю. Энергии этих
состояний различаются на ~2·10-5 эВ и между ними возможны
квантовые переходы с испусканием фотонов с частотой
ν = 4463 МГц. Энергетическое расщепление состояний =
0, обусловлено
взаимодействием между магнитными моментами электрона e- и мюона
μ+..
    Одним из эффективных способов образования мюона μ+ является
образование μ+ в результате распада положительно
заряженных пионов

π+ → μ+ + ν_μ.

Так
как распад пиона происходит в результате слабого взаимодействия, в системе
покоя пиона спин мюона направлен преимущественно против направления импульса
мюона.

Рис. 2. Ориентации импульсов p_μ, p_ν и
спинов s_μ, s_ν μ+‑мюона
и мюонного нейтрино ν_μ, образующихся при распаде π+-мезона.

Распад
положительно заряженного мюона сопровождается появлением позитрона и двух
нейтрино

μ+ → e+ + ν_e + _μ.

    Позитроны e+ испускаются преимущественно в направлении
спина мюона. Это свойство слабых взаимодействий позволяет определить направление
спина мюона.
    Поведение мюонных атомов в различных средах зависит от
скорости различных химических реакций с участием мюонных атомов. Приведенная
масса мюония и радиус мюонного атома практически совпадают с соответствующими
величинами атома водорода, поэтому изучая поведение мюония в веществе, можно
получить дополнительную информацию о взаимодействии атомарного водорода.

Практическое использование

В 1965 году Луис Альварес предложил использовать мюоны, возникающие в земной атмосфере под действием космических лучей, для просвечивания египетских пирамид с целью поиска не обнаруженных пока полостей — погребальных камер. Идея заключалась в том, что с тех направлений, где имеются полости, должен приходить более сильный поток мюонов, поскольку воздух в полостях пропускает больше мюонов, чем известняковые блоки, из которых сделана пирамида. В 1967 году таким образом была изучена около пятой части пирамиды Хафры. Полости обнаружить не удалось. В более поздних работах (2017), опирающихся на три различных метода детектирования мюонов, было установлено, что над Большой галереей пирамиды Хеопса находится 30-метровая полость. Центр камеры располагается на 40—50 метров выше пола «Камеры царицы», по длине она сравнима с Большой галереей.

Этот метод получил дальнейшее развитие в начале XXI века в связи с задачей выявления ядерной контрабанды. Детектирование мюонов, прошедших через груз, позволяет определить наличие в нём тяжёлых элементов, в том числе, свинца, урана и плутония. Более тяжёлые элементы сильнее отклоняют мюоны в актах рассеяния, поэтому, установив газоразрядные детекторы (дрейфовые камеры) сверху и снизу исследуемого объекта и сравнивая треки мюонов в них, можно определить наличие подозрительных элементов.

Этот метод получил название мюонной томографии. Работы по его разработке были начаты в Лос-Аламосской национальной лаборатории в 2003 году под руководством Кристофера Морриса. В 2012 году были проведены первые тесты опытного образца в терминале Фрипорта на Багамских островах. Тесты показали, что оборудование определяет наличие подозрительных материалов с практически стопроцентной надёжностью.

В 2015 году были произведены испытания метода мюонной томографии как метода неразрушающего контроля в электроэнергетике для оценки степени , состояния задвижек и измерения толщин стенок труб.

Design principles

1. Strongly, statically typed.

2. Data oriented. Just functions, structs and enums. NO: classes, inheritance, properties, etc.

3. No runtime. Lack of a runtime makes the language simpler, reduces application startup latency and makes it easy to use Muon code from other languages.

4. Extremely minimal core. A language should not dictate dependencies. There is a standard library, but it is completely optional.

5. High performance. Strive for parity with C.

6. Flexible memory management. Programmers can switch between allocators dynamically and can define their own allocators.

7. Avoid common memory safety pitfalls. Memory is initialized to zero. Array bounds are checked (can be turned off where needed).

8. Ergonomics matter. Programmers spend a lot of time working with a language, so ergonomics are important. Muon has:

   • Type inference for function return values and locals
   • Order independent declarations
   • Newline as statement separator
   • Namespaces

9. Fail fast. Usually, error reporting/handling happens via return values. For unrecoverable errors and errors that a caller is not prepared to handle, Muon provides .

10. Small(-ish) language. Strive for a small, simple language. Having fewer ways to do something encourages a more consistent, focused ecosystem.

11. Fast & snappy tools. Provide tools centered around fast feedback and improving program understanding. E.g.: language server, REPL, hot reloading, debuggers, profilers.

Мезоны и поиск Новой физики

В настоящее время физики ведут активный поиск явлений, описание которых привело бы к расширению Стандартной модели и к выходу за ее пределы с построением более глубокой и общей теории микромира – Новой физики. Предполагается, что Стандартная модель войдет в нее в качестве предельного, низкоэнергетического случая. В этом поиске исследование мезонов играет важную роль.

Особенно большой интерес представляют экзотические мезоны – частицы, имеющие структуру, не укладывающуюся в рамки обычной модели. Так, на Большом адронном коллайдере в 2014 году подтвержден тетракварк Z(4430) – связанное состояние двух кварк-антикварковых пар ud̄cc̄, промежуточный продукт распада прелестного B-мезона. Эти распады интересны и в плане возможного обнаружения гипотетического нового класса частиц – лептокварков.

Модели предсказывают и другие экзотические состояния, которые должны классифицироваться как мезоны, поскольку участвуют в сильных процессах, но имеют при этом нулевое барионное число – например, глюболы, образуемые только глюонами без кварков. Все подобные объекты могут существенно пополнить наши знания о природе фундаментальных взаимодействий и способствовать дальнейшему развитию физики микромира.

Нестабильность мезонов

Комбинация частицы и античастицы приводит к тому, что жизнь любого мезона оканчивается их аннигиляцией. Время жизни зависит от того, какое взаимодействие управляет распадом.

• Мезоны, распадающиеся по каналу «сильной» аннигиляции, скажем, на глюоны с последующим рождением новых мезонов, живут совсем недолго – 10-20 – 10-21 с. Пример таких частиц – кварконии.
• Электромагнитная аннигиляция также достаточно интенсивна: время жизни π0-мезона, кварк-антикварковая пара которого аннигилирует с вероятностью почти 99% в два фотона, составляет около 8 ∙ 10-17 с.
• Слабая аннигиляция (распад на лептоны) протекает с гораздо меньшей интенсивностью. Так, заряженный пион (π+ – ud̄ – или π- – dū) живет довольно долго – в среднем 2,6 ∙ 10-8 с и распадается обычно на мюон и нейтрино (или на соответствующие античастицы).

Большинство мезонов – это так называемые адронные резонансы, короткоживущие (10-22 – 10-24 c) явления, возникающие в определенных диапазонах высоких энергий, аналогичные возбужденным состояниям атома. Они не регистрируются на детекторах, а вычисляются исходя из энергетического баланса реакции.

Что такое кварконий

Сочетание кварка и антикварка одного аромата принято именовать кварконием. Данный термин, как правило, применяется к мезонам, в составе которых есть массивные c- и b-кварки. Чрезвычайно тяжелый t-кварк вообще не успевает вступить в связанное состояние, мгновенно распадаясь на более легкие. Сочетание cc̄ называется чармонием, или частицей со скрытым очарованием (J/ψ-мезон); сочетание bb̄ — боттомонием, которому присуща скрытая прелесть (Υ-мезон). Оба характеризуются наличием множества резонансных – возбужденных – состояний.

Частицы, образуемые легкими компонентами – uū, dd̄ или ss̄ – являют собой суперпозицию (наложение) ароматов, поскольку массы этих кварков близки по значению. Так, нейтральный π0-мезон – суперпозиция состояний uū и dd̄, обладающих одинаковым набором квантовых чисел.

Спин, орбитальный момент и четность

В отличие от барионов, мезоны – это элементарные частицы, обладающие целочисленным значением спинового числа (0 или 1), то есть они представляют собой бозоны. Кварки же являются фермионами и имеют полуцелый спин ½. Если моменты импульса кварка и антикварка параллельны, то их сумма – спин мезона – равна 1, если антипараллельны, он будет равняться нулю.

Благодаря взаимному обращению пары компонентов мезон имеет также орбитальное квантовое число, которое вносит вклад в его массу. Орбитальный момент и спин определяют полный угловой момент частицы, связанный с понятием пространственной, или P-четности (определенной симметрии волновой функции относительно зеркальной инверсии). В соответствии с комбинацией спина S и внутренней (связанной с собственной системой отсчета частицы) P-четности различают следующие типы мезонов:

• псевдоскалярные – наиболее легкие (S = 0, P = -1);
• векторные (S = 1, P = -1);
• скалярные (S = 0, P = 1);
• псевдовекторные (S = 1, P = 1).

Последние три типа – это мезоны весьма массивные, представляющие собой высокоэнергетические состояния.

История открытия

Вам будет интересно:Вузы Абакана: список, обзор ведущих учреждений

В начале 1930 годов, после прояснения состава атомного ядра, встал вопрос о природе сил, обеспечивающих его существование. Было ясно, что взаимодействие, связывающее нуклоны, должно быть чрезвычайно интенсивным и осуществляться путем обмена некими частицами. Расчеты, выполненные в 1934 году японским теоретиком Х. Юкавой, показали, что по массе эти объекты превосходят электрон в 200–300 раз и, соответственно, в несколько раз уступают протону. Позднее они получили наименование мезонов, что в переводе с греческого означает «средний». Однако их первое прямое обнаружение оказалось «осечкой», связанной с близостью значения масс очень разных частиц.

Вам будет интересно:Индустриально-педагогический колледж (Минск): адрес, специальности, отзывы

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА
Жизнь программиста и интересные обзоры всего. Подпишись, чтобы не пропустить новые видео.

В 1936 году в космических лучах были открыты объекты (их назвали мю-мезонами) с массой, соответствующей расчетам Юкавы. Казалось, искомый квант ядерных сил найден. Но затем выяснилось, что мю-мезоны – это частицы, не имеющие отношения к обменным взаимодействиям между нуклонами. Они вместе с электроном и нейтрино относятся к другому классу объектов микромира – лептонам. Частицы были переименованы в мюоны, а поиски продолжались.

Кванты Юкавы были обнаружены только в 1947 году и получили название «пи-мезоны», или пионы. Оказалось, что электрически заряженный либо нейтральный пи-мезон – это действительно та частица, обмен которой позволяет нуклонам сосуществовать в ядре.

История

Мюоны были обнаружены Карлом Андерсоном в 1936 году, во время исследования космических лучей. Он обнаружил частицы, которые при прохождении магнитного поля отклонялись в меньшей степени, чем электроны, но более резко, чем протоны. Было сделано предположение, что их электрический заряд был равен заряду электрона, и для объяснения различия в отклонении было необходимо, чтобы эти частицы имели промежуточную массу (лежащую где-то между массой электрона и массой протона).

По этой причине Андерсон первоначально назвал новую частицу «мезотрон», используя приставку «мезо-» (от греческого слова «промежуточный»). Вскоре после этого были обнаружены другие частицы промежуточной массы и был принят более общий термин мезон для обозначения любой такой частицы. В связи с необходимостью разных обозначений для различных типов мезонов, мезотрон был переименован в «мю-мезон» (от греческой буквы «мю»).
До того, как был открыт пи-мезон, мюон считался кандидатом на роль переносчика сильного взаимодействия, который был необходим в незадолго до того разработанной теории Юкавы. Однако было обнаружено, что мюон не вступает в сильные взаимодействия, и некоторое время (до открытия пи-мезона) это поведение мюона оставалось загадкой.

Вскоре обнаружилось, что мю-мезон значительно отличается от других мезонов (например, его продукты распада включали нейтрино и антинейтрино, а не только либо одно, либо другое, что наблюдалось для других мезонов). Таким образом, мю-мезоны не были мезонами вообще, и термин «мю-мезон» был заменён современным термином «мюон».

В середине 1970-х годов физики-экспериментаторы, работающие в ЦЕРНе, исследовали рассеяние нейтрино на протонной мишени. Согласно тому, что было тогда известно о слабом взаимодействии, они ожидали, что столкновение превратит нейтрино в мюон, а протон в осколки. Они с удивлением обнаружили, что в результате такого столкновения появляются два мюона, отрицательный и положительный.[источник не указан 2339 дней]

Это вызвало большую теоретическую дискуссию, которая завершилась объяснением того, как появляется положительный мюон. Столкновение нейтрино и протона производит не только протонные осколки и отрицательный мюон, но и очарованный кварк, который вскоре распадается в странный кварк, мюонное нейтрино и положительный мюон.

Экзотические атомы

Основная статья: Экзотический атом

Мюонные атомы

Мюоны были первыми открытыми элементарными частицами, которые не встречались в обычных атомах. Отрицательные мюоны могут, однако, формировать мюонные атомы, заменяя электроны в обычных атомах. Решение уравнения Шредингера для водородоподобного атома показывает, что характерный размер получаемых волновых функций (то есть радиус Бора, если решение проводится для атома водорода с привычным электроном) обратно пропорционален массе частицы, движущейся вокруг атомного ядра. В силу того, что масса мюона более чем в двести раз превосходит массу электрона, размер получаемой «мюонной атомной орбитали» во столько же раз меньше аналогичной электронной. В результате, уже для ядер с зарядовым числом Z = 5-10 размеры мюонного облака сравнимы или не более чем на порядок превосходят размеры ядра, и неточечность ядра начинает оказывать сильное влияние на вид волновых функций мюона. Как следствие, изучение их энергетического спектра (иначе говоря, линий поглощения мюонного атома) позволяет «заглянуть» в ядро и исследовать его внутреннюю структуру. Также малые размеры атомов позволяют атомным ядрам сильно сблизиться и слиться, что используется для осуществления термоядерного синтеза (см. мюонный катализ).

Мюоний

Основная статья: Мюоний

Положительный мюон, остановленный в обычной материи, может связать электрон и сформировать мюоний (Mu) — атом, в котором мюон действует как ядро. Приведенная масса мюония и, следовательно, его боровский радиус близки к соответствующим величинам для водорода, вследствие чего этот короткоживущий атом в первом приближении ведет себя в химических реакциях как сверхлёгкий изотоп водорода.

Адронные атомы

Адронные
атомы – атомо-подобные системы, в которых положительно заряженное ядро за счёт
кулоновского притяжения удерживает отрицательный адрон. Наблюдались пионные,
каонные ,
антипротонные  и гиперонные  атомы. Изучение адронных атомов даёт
информацию и об адроне и о ядре (масса и магнитный момент адрона, распределение
вещества в ядре, поляризуемость адрона и ядра), а также об их взаимодействии
(рассеяние и поглощение адрона ядром). В результате измерений энергий
рентгеновских квантов испускаемых при переходах адронов между ридберговскими
состояниями были найдены значения масс и магнитных моментов отрицательных
каонов и антипротонов, которые до сих пор являются наиболее точными .

Адронные
атомы образуются при замедлении отрицательных адронов в веществе. Адрон
захватывается атомом с образованием высоковозбуждённого состояния с главным
квантовым числом ,
где т — масса адрона, т_е — масса электрона (при таких п радиус атомной орбиты адрона, обратно пропорциональный его массе, сравним с
радиусами электронных орбит). Возбуждение атома снимается за счёт каскада оже-переходов
и электрических дипольных переходов адрона с одного уровня на другой,
сопровождающихся испусканием рентгеновского излучения. При этом преимущественно
заселяются круговые орбиты, то есть состояния с ,
где l – орбитальное квантовое число. Когда адрон достигает состояний с
небольшим значением главного квантового числа n, становятся существенными эффекты
сильного взаимодействия, что приводит к захвату адрона ядром. Атомные уровни,
между которыми происходит переход адрона, сопровождаемый рентгеновским
излучением, имеют в основном такую же природу, что и уровни в обычных
электронных атомах.

Изотопическая и унитарная симметрии

Для классификации мезонов удобно использовать специальное квантовое число – изотопический спин. В сильных процессах частицы с одинаковым значением изоспина участвуют симметрично, независимо от их электрического заряда, и могут быть представлены как различные зарядовые состояния (проекции изоспина) одного объекта. Совокупность таких частиц, очень близких по массе, называется изомультиплетом. Например, изотриплет пионов включает три состояния: π+, π0 и π—мезон.

Значение изоспина вычисляется по формуле I = (N–1)/2, где N – количество частиц в мультиплете. Так, изоспин пиона равен 1, а его проекции Iz в особом зарядовом пространстве равны соответственно +1, 0 и -1. Четверка странных мезонов – каонов – образует два изодублета: K+ и K0 с изоспином +½ и странностью +1 и дублет античастиц K- и K̄0, у которых эти величины отрицательны.

Электрический заряд адронов (и мезонов в том числе) Q связан с проекцией изоспина Iz и так называемым гиперзарядом Y (суммой барионного числа и всех флейворных чисел). Эта связь выражается формулой Нисидзимы–Гелл-Манна: Q = Iz + Y/2. Ясно, что все члены одного мультиплета имеют одинаковый гиперзаряд. Барионное число мезонов равно нулю.

Затем мезоны группируются с дополнительным учетом спина и четности в супермультиплеты. Восемь псевдоскалярных мезонов образуют октет, векторные частицы – нонет (девятку) и так далее. Это проявление симметрии более высокого уровня, называемой унитарной.