Мю-мезоны


Мю-мезоны
Мюон
Символ μ (μ)
Масса 105,658369(9) МэВ
Античастица μ+
Классы лептон, фермион
Квантовые числа
Электрический заряд -1
Спин 1/2
Изотопический спин -
Барионное число -
Странность -
Очарование -
Другие свойства
Время жизни 2.19703(4)×10-6 c
Схема распада e^- + \nu_{\mu} + \bar{\nu_e}
Кварковый состав -

Мюо́н (от греческой буквы μ, использующейся для обозначения) в стандартной модели физики элементарных частиц — неустойчивая элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом и спином 1/2. Вместе с электроном, тау-лептоном и нейтрино классифицируется как часть лептонного семейства фермионов. Как и все фундаментальные частицы, мюон имеет античастицу с зарядом противоположного знака, но с равной массой и спином: антимюон.

По историческим причинам, мюоны иногда упоминаются как мю-мезоны, хотя они не являются мезонами в современном представлении физики элементарных частиц. Масса мюона в 207 раз больше массы электрона; по этой причине мюон можно рассматривать как чрезвычайно тяжелый электрон. Мюоны обозначаются как μ, а антимюоны как μ+.

На Земле мюоны регистрируются в космических лучах, они возникают в результате распада заряженных пионов. Пионы создаются в верхних слоях атмосферы первичными космическими лучами и имеют очень короткое время распада — несколько наносекунд. Время жизни мюонов тоже мало — 2,2 микросекунды. Однако мюоны космических лучей имеют скорости, близкие к скорости света, так что из-за эффекта замедления времени специальной теории относительности их легко обнаружить у поверхности Земли.

Как и в случае других заряженных лептонов, существует мюонное нейтрино, которое имеет тот же аромат, что и мюон. Мюонные нейтрино обозначаются как νμ. Мюоны почти всегда распадаются в электрон, электронное антинейтрино и мюонное нейтрино; существуют также более редкие типы распада, когда возникает дополнительный фотон или электрон-позитронная пара.

Фейнмановская диаграмма распада мюона

Содержание

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 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.

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, и, следовательно, этот короткоживущий атом в первом приближении ведет себя в химических реакциях как сверхлёгкий изотоп водорода.

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 заменен 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.

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.

См. также

Литература

Белоусов Ю.М., «Что такое мюонный метод исследования вещества», Статьи соросовского образовательного журнала

Рождение мюонов, элементарных частиц, происходило на значительном расстоянии от места столкновения протон-антипротонных пучков. Причем не парами, как предсказывалось, а в виде струй.

Частицы в физикеэлементарные частицы

Править
Фермионы: Кварки: Верхний · Нижний · Странный · Очарованный · Прелестный · Истинный
Лептоны: Электрон · Позитрон · Мюон · Тау-лептон · Нейтрино
Калибровочные бозоны: Фотоны · W- и Z-бозоны · Глюоны
До сих пор не обнаружены: Бозон Хиггса · Гравитон · Другие гипотетические частицы

Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Мю-мезоны" в других словарях:

  • МЕЗОНЫ СО СКРЫТЫМ ОЧАРОВАНИЕМ — (чармоний), семейство тяжёлых адронов, состоящих из «очарованных» кварка (с) и антикварка (с=). Назв. связано с тем, что квант. число «очарование» у с и с противоположны, так что суммарное «очарование» равно нулю. Второе назв. «чармоний» ч цам… …   Физическая энциклопедия

  • МЕЗОНЫ — нестабильные элементарные частицы с нулевым или целым спином, принадлежащие к классу адронов и не имеющие барионного заряда. К мезонам относятся пи мезоны, К мезоны, многие резонансы; обнаружены мезоны с очарованием и красотой …   Большой Энциклопедический словарь

  • МЕЗОНЫ — МЕЗОНЫ, ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ, принадлежащие к подгруппе АДРОНОВ, имеющие нулевой или целый спин. Мезоны включают пионы, каоны и эта мезоны. Мезоны в неограниченном количестве могут производится либо разрушаться при ядерных реакциях или… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • МЕЗОНЫ — нестабильные фундаментальные (составные) (см.), относящиеся к классу (см.), обладающие нулевым или целым (см.) и участвующие в сильном, слабом и электромагнитном взаимодействиях. Гипотетически все М. могут быть построены из двух (см.) (кварка и… …   Большая политехническая энциклопедия

  • МЕЗОНЫ — нестабильные элем. частицы, принадлежащие к классу адронов; в отличие от барионов, М. не имеют барионного заряда и обладают нулевым или целочисленным спином (явл. бозонами). Назв. «М.» (от греч. mesos средний, промежуточный) связано с тем, что… …   Физическая энциклопедия

  • Мезоны — Мезон (от др. греч. μέσος средний) это сильно взаимодействующий бозон. В стандартной модели, мезоны это составные (не элементарные) частицы, состоящие из четного числа кварков и антикварков. До открытия тетракварков считалось, что все известные… …   Википедия

  • мезоны — нестабильные элементарные частицы с нулевым или целым спином, принадлежащие к классу адронов и не имеющие барионного заряда. К мезонам относятся пи мезоны, K мезоны, многие резонансы; обнаружены мезоны с «очарованием» и «красотой». * * * МЕЗОНЫ… …   Энциклопедический словарь

  • Мезоны — (от мезо) нестабильные элементарные частицы с нулевым или целым спином, принадлежащие к классу адронов. К мезонам относят пи мезоны, К мезоны, многие так называемые резонансы, а также мезоны кваркового типа …   Начала современного естествознания

  • Мезоны —         нестабильные элементарные частицы, принадлежащие к классу сильно взаимодействующих частиц (адронов); в отличие от барионов (См. Барионы) М. не имеют барионного заряда (См. Барионный заряд) и обладают нулевым или целочисленным спином… …   Большая советская энциклопедия

  • Мезоны — нестабильные элементарные частицы, относящиеся к адронам и обладающие нулевым или целым спином, но не имеющие барионного заряда. К М. относятся К мезоны, пи мезоны и некоторые резонансы. Являются переносчиками ядерных сил …   Астрономический словарь

  • МЕЗОНЫ — (от греч. mesos средний, промежуточный) нестабильные элементарные частицы, участвующие в сильном взаимодействии. Назв. М. связано с тем, что у первых открытых М. я мезонов (пионов) и К мезонов (каонов) значения массы, примерно равной для пионов… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

Книги

  • Калибровочные поля, Н. П. Коноплева, В. Н. Попов. В первом издании книги (1972 г.) впервые в монографической литературе была представлена последовательная классическая (лагранжева и геометрическая), а также квантовая теория калибровочных… Подробнее  Купить за 757 руб
  • Калибровочные поля, Н. П. Коноплева, В. Н. Попов. В первом издании книги (1972 г.) впервые в монографической литературе была представлена последовательная классическая (лагранжева и геометрическая), а также квантовая теория калибровочных… Подробнее  Купить за 735 грн (только Украина)
  • Калибровочные поля, Коноплева Н.П.. В первом издании книги (1972 г.) впервые в монографической литературе была представлена последовательная классическая (лагранжева и геометрическая), а также квантовая теория калибровочных… Подробнее  Купить за 568 руб
Другие книги по запросу «Мю-мезоны» >>