Рис.В.1 Зависимость скорости счета позитронов детектором, расположенным под углом 100 относительно первоначального импульса мюона, от величины магнитного поля на углеродной мишени[1].
Закон несохранения пространственной четности в процессах pi->mu-> e распадов позволяет получать пучки поляризованных мюонов и наблюдать за временным изменением поляризации ансамбля мюонов, возникающим вследствие их магнитных взаимодействий со средой.
Все физически интересные величины получают сопоставлением экспериментальных временных зависимостей поляризации мюонов (временных гистограмм) с теоретическими моделями.
Основополагающей работой для развития muSR метода явился эксперимент Гарвина, Ледермана и Вейнриха [1], в результате которого было открыто несохранение четности в слабых взаимодействиях для распадов
pi -> mu + nu
mu -> e + nu + nu,
предсказанное Ли и Янгом [2].
На рисунке В.1, взятом из [1] приведена зависимость скорости счета позитронов детектором, расположенным под углом 100 относительно первоначального импульса мюона, от величины магнитного поля на углеродной мишени. Фактически это был первый mSR-спектр.
Авторы этой работы предсказывали также, что "polarized positive and negative muons will become a powerful tool for exploring magnetic fields in nuclei ..., atoms, and interatomic regions" (поляризованные положительные и отрицательные мюоны станут мощным инструментом исследования магнитных полей в ядрах, атомах и межатомных областях).
Теория деполяризации мюонов в веществе, предложенная В.Г. Носовым и И.В. Яковлевой[3] для описания отличия измеряемого параметра асимметрии углового распределения позитронов mu->e распада от теоретического, открыла возможность для изучения вещества с помощью мюонов.
Эксперименты в этой области исследований начались на синхроциклотроне ЛЯП ОИЯИ в середине 60-х годов. Группа Института атомной энергии им. И.В. Курчатова и ЛЯП ОИЯИ под руководством И.И. Гуревича начала заниматься исследованием электронной структуры мюония и его электромагнитным взаимодействием со средой. Сотрудники Института теоретической и экспериментальной физики под руководством В.Г. Фирсова изучали химические реакции мюония с различными веществами.
Эти работы, опираясь на развитую В.П. Смилгой и И.Г. Ивантером теорию деполяризации мюонов в различных веществах, продемонстрировали широкие возможности применения положительных мюонов к исследованию физики конденсированных сред[4].
Сочетая свойства элементарного магнитометра и пробного заряда с Z=1, мюоны дают возможность решать широкий круг задач от изучения чисто квантовых эффектов поведения легких примесных частиц в кристаллической матрице и фазовых переходов с изменением магнитного порядка до химии молекул, интересных с биологической точки зрения.
Методом muSR исследуется динамика распределения локальных магнитных полей в реальном времени. Техника mSR измерений позволяет получать информацию часто недоступную другим ядерно-физическим методам, т. к. здесь отсутствуют трудности, связанные со скин-эффектом, проблемой взаимодействия пробных частиц между собой. muSR исследования можно проводить при полном отсутствии внешних полей, поскольку начальная поляризация мюонов определяется только законом несохранения четности при p 6 m распаде и системой вывода мюонных пучков. Следует подчеркнуть особую чувствительность метода к слабым магнитным явлениям ( muSR oбнаруживает магнитный порядок в соединениях вплоть до значений магнитного момента 0,01 mB на формульную единицу) и к изучению многофазных систем (muSR определяет и долю объема образца, к которому относится данное распределение внутренних магнитных полей).
Уникальные возможности muSR привели к широкому распространению метода во всем мире[5]. Например, программы muSR спектроскопии занимают до половины времени работы ускорителя на мюонных каналах мезонных фабрик в PSI (Швейцария), TRIUMF (Канада) и на импульсных источниках KEK(Япония) и RAL (Великобритания). Комплекс для проведения исследований методом muSR cпектроскопии на фазотроне ОИЯИ "Мюспин"[6,7], созданный при участии автора, позволяет решать широкий класс задач по физике и химии мюона и мюония в конденсированных средах.