Der muon (aus dem griechischen Brief mu hat (μ) gepflegt, es zu vertreten), ist eine elementare Partikel, die dem Elektron, mit einer einheitlichen negativen elektrischen Anklage und einer Drehung ½ ähnlich ist. Zusammen mit dem Elektron, dem tau und den drei neutrinos, wird es als ein lepton klassifiziert. Wie mit anderem leptons der Fall ist, wie man glaubt, hat der muon keinen Unterbau überhaupt (d. h., wird nicht gedacht, aus irgendwelchen einfacheren Partikeln zusammengesetzt zu werden).

Der muon ist eine nicht stabile subatomare Partikel mit einer Mittellebenszeit dessen. Diese verhältnismäßig lange Zerfall-Lebenszeit (das zweite längste bekannt) ist wegen des vermittelt durch die schwache Wechselwirkung. Die einzige längere Lebenszeit für eine nicht stabile subatomare Partikel ist, dass für das freie Neutron eine baryon Partikel Quarke gedichtet hat, der auch über die schwache Kraft verfällt. Wie man glaubt, entsteht der ganze Muons-Zerfall zu drei Partikeln (ein Elektron plus zwei neutrinos von verschiedenen Typen), aber den Tochter-Partikeln kürzlich im Zerfall.

Wie alle elementaren Partikeln hat der muon ein entsprechendes Antiteilchen der entgegengesetzten Anklage, aber gleichen Masse und Drehung: Der antimuon (hat auch einen positiven muon genannt). Muons werden durch und antimuons dadurch angezeigt. Muons wurden vorher mu Mesonen genannt, aber werden als Mesonen von modernen Partikel-Physikern nicht klassifiziert (sieh Geschichte).

Muons haben eine Masse dessen, der ungefähr 200mal die Masse eines Elektrons ist. Da die Wechselwirkungen des muon denjenigen des Elektrons sehr ähnlich sind, kann von einem muon als eine viel schwerere Version des Elektrons gedacht werden. Wegen ihrer größeren Masse werden muons nicht so scharf beschleunigt, wenn sie auf elektromagnetische Felder stoßen und nicht ausstrahlen so viel bremsstrahlung (Verlangsamungsradiation). Das erlaubt muons einer gegebenen Energie, viel tiefer in die Sache einzudringen, als Elektronen, da die Verlangsamung von Elektronen und muons in erster Linie wegen des Energieverlustes durch den bremsstrahlung Mechanismus ist. Als ein Beispiel kann so genannter "sekundärer muons", erzeugt durch kosmische Strahlen, die die Atmosphäre schlagen, zur Oberfläche der Erde, und sogar in tiefe Gruben eindringen.

Weil muons eine sehr große Masse und Energie im Vergleich zur Zerfall-Energie der Radioaktivität haben, werden sie durch den radioaktiven Zerfall nie erzeugt. Sie werden jedoch in reichlichen Beträgen in energiereichen Wechselwirkungen in der normalen Sache, solchen erzeugt, die während bestimmter Partikel-Gaspedal-Experimente mit hadrons, und auch natürlich in kosmischen Strahl-Wechselwirkungen mit der Sache vorkommen. Diese Wechselwirkungen erzeugen gewöhnlich zuerst Pi-Mesonen, die dann meistenteils zu muons verfallen.

Als mit dem Fall des anderen beladenen leptons hat der muon ein verbundenes muon Neutrino. Muon neutrinos werden dadurch angezeigt.

Geschichte

Muons wurden von Carl D. Anderson und Seth Neddermeyer an Caltech 1936 entdeckt, während man Höhenstrahlung studiert hat. Anderson hatte Partikeln bemerkt, die verschieden von Elektronen und anderen bekannten Partikeln, wenn durchgeführt, ein magnetisches Feld gebogen haben. Sie wurden negativ beladen, aber haben sich weniger scharf gebogen als Elektronen, aber schärfer als Protone für Partikeln derselben Geschwindigkeit. Es wurde angenommen, dass der Umfang ihrer negativen elektrischen Anklage diesem des Elektrons gleich war, und so für den Unterschied in der Krümmung verantwortlich zu sein, hat es angenommen, dass ihre Masse größer als ein Elektron, aber kleiner war als ein Proton. So hat Anderson am Anfang die neue Partikel einen mesotron genannt, das Präfix meso-vom griechischen Wort für die "Mitte -" annehmend. Die Existenz des muon wurde 1937 durch J bestätigt. C. Straße und das Wolkenraum-Experiment von E. C. Stevenson.

Eine Partikel mit einer Masse in der Meson-Reihe war vor der Entdeckung irgendwelcher Mesonen vom Theoretiker Hideki Yukawa vorausgesagt worden:

"Es scheint natürlich, die Theorie von Heisenberg und Fermi folgendermaßen zu modifizieren. Der Übergang einer schweren Partikel vom Neutronstaat bis Protonenstaat wird durch die Emission von leichten Partikeln nicht immer begleitet. Der Übergang wird manchmal durch eine andere schwere Partikel aufgenommen."

Wegen seiner Masse, wie man am Anfang dachte, war das mu Meson die Partikel von Yukawa, aber es hat sich später erwiesen, die falschen Eigenschaften zu haben. Die vorausgesagte Partikel von Yukawa, das Pi-Meson, wurde schließlich 1947 (wieder von kosmischen Strahl-Wechselwirkungen) identifiziert und gezeigt, sich vom früher entdeckten mu Meson zu unterscheiden, indem sie die richtigen Eigenschaften gehabt worden ist, eine Partikel zu sein, die die Kernkraft vermittelt hat.

Mit zwei mit der Zwischenmasse jetzt bekannten Partikeln wurde das allgemeinere Begriff-Meson angenommen, um sich auf jede solche Partikel innerhalb der richtigen Massenreihe zwischen Elektronen und Nukleonen zu beziehen. Weiter, um zwischen den zwei verschiedenen Typen von Mesonen zu differenzieren, nachdem das zweite Meson entdeckt wurde, wurde die Initiale mesotron Partikel das mu Meson umbenannt (der griechische Brief μ entspricht (mu) m), und das neue 1947-Meson (die Partikel von Yukawa) wurde das Pi-Meson genannt.

Da mehr Typen von Mesonen in Gaspedal-Experimenten später entdeckt wurden, wurde es schließlich gefunden, dass sich das mu Meson bedeutsam nicht nur vom Pi-Meson (von ungefähr derselben Masse), sondern auch von allen anderen Typen von Mesonen unterschieden hat. Der Unterschied war teilweise, dass mu Mesonen mit der Kernkraft nicht aufeinander gewirkt haben, wie Pi-Mesonen getan haben (und erforderlich waren, in der Theorie von Yukawa zu tun). Neuere Mesonen haben auch Beweise des Benehmens wie das Pi-Meson in Kernwechselwirkungen, aber nicht wie das mu Meson gezeigt. Außerdem haben die Zerfall-Produkte des mu Mesons sowohl ein Neutrino als auch ein Antineutrino, aber nicht gerade ein oder der andere eingeschlossen, wie im Zerfall anderer beladener Mesonen beobachtet wurde.

Im schließlichen Standardmodell der Partikel-Physik kodifiziert in den 1970er Jahren, wie man schließlich verstand, waren alle Mesonen außer dem mu Meson hadrons — d. h. Partikeln, die aus Quarken gemacht sind — und haben so der Kernkraft unterworfen. Im Quark-Modell war ein Meson kein durch die Masse definierter longered (für einige war entdeckt worden, die - mehr sehr massiv waren als die leichtesten Nukleonen), aber waren stattdessen Partikeln, die aus genau zwei Quarken (ein Quark und Antiquark) verschieden von den baryons zusammengesetzt sind, die als aus drei Quarken zusammengesetzte Partikeln definiert werden (Protone und Neutronen der leichteste baryons waren). Mesonen von Mu hatten jedoch sich gezeigt, um grundsätzliche Partikeln (leptons) wie Elektronen ohne Quark-Struktur zu sein. So, mu Mesonen waren nicht Mesonen überhaupt, im neuen Sinn und Gebrauch des Begriffes mit dem Quark-Modell der Partikel-Struktur verwendetes Meson.

Mit dieser Änderung in der Definition wurde der Begriff mu Meson aufgegeben, und wann immer möglich mit dem modernen Begriff muon ersetzt, den Begriff mu nur historisches Meson machend. Im neuen Quark-Modell haben andere Typen von Mesonen manchmal fortgesetzt, auf in der kürzeren Fachsprache verwiesen zu werden (z.B, pion für das Pi-Meson), aber im Fall vom muon hat es den kürzeren Namen behalten und wurde nie wieder auf durch den älteren "mu Meson" Fachsprache richtig verwiesen.

Die schließliche Anerkennung "mu Meson" muon als ein einfaches "schweres Elektron" ohne Rolle überhaupt in der Kernwechselwirkung, ist so nicht übereinstimmend und überraschend zurzeit, dass Hofdichter von Nobel I geschienen. Ich. Rabi witzelte berühmt, "Wer bestellte das?"

Im Rossi-Saal-Experiment (1941) wurden muons verwendet, um die Zeitausdehnung (oder abwechselnd, Länge-Zusammenziehung) vorausgesagt durch die spezielle Relativität zum ersten Mal zu beobachten.

Quellen von Muon

Da die Produktion von muons ein verfügbares Zentrum der Schwung-Rahmenenergie von 105.7 MeV, weder gewöhnliche radioaktive Zerfall-Ereignisse noch Atomspaltung verlangt und Fusionsereignisse (wie diejenigen, die in Kernreaktoren und Kernwaffen vorkommen), energisch genug sind, um muons zu erzeugen. Nur Atomspaltung erzeugt Energien des einzelnen Kernereignisses in dieser Reihe, aber erzeugen Sie muons nicht, weil die Produktion eines einzelnen muon die Bewahrung von Quantenzahlen verletzen würde (sieh unter "muon Zerfall" unten).

Auf der Erde am natürlichsten vorkommend werden muons durch kosmische Strahlen geschaffen, die größtenteils aus Protonen, viele bestehen, vom tiefen Raum in die sehr hohe Energie ankommend

Wenn ein kosmisches Strahl-Proton Atomkerne in der oberen Atmosphäre zusammenpresst, werden pions geschaffen. Diese verfallen innerhalb einer relativ kurzen Entfernung (Meter) in muons (ihr bevorzugtes Zerfall-Produkt), und neutrinos. Die muons von diesen hoch Energie kosmische Strahlen gehen allgemein in ungefähr derselben Richtung wie das ursprüngliche Proton an einer Geschwindigkeit in der Nähe von der Geschwindigkeit des Lichtes weiter. Obwohl ihre Lebenszeit ohne relativistische Effekten eine Halbüberleben-Entfernung von nur ungefähr 0.66 km (660 Meter) höchstens erlauben würde (wie gesehen, von der Erde), erlaubt die Zeitausdehnungswirkung der speziellen Relativität (aus dem Gesichtspunkt der Erde) kosmischem Strahl sekundären muons, um den Flug zur Oberfläche der Erde zu überleben, da im Erdrahmen die muons eine längere Hälfte des Lebens wegen ihrer Geschwindigkeit haben. Aus dem Gesichtspunkt (Trägheitsrahmen) des muon, andererseits, ist es die Länge-Zusammenziehungswirkung der speziellen Relativität, die dieses Durchdringen erlaubt, da im Muon-Rahmen seine Lebenszeit ungekünstelt ist, aber die Länge-Zusammenziehung veranlasst Entfernungen durch die Atmosphäre und Erde, viel kürzer zu sein, als diese Entfernungen im Erdrest-Rahmen. Beide Effekten sind ebenso gültige Weisen, das ungewöhnliche Überleben des schnellen muon über Entfernungen zu erklären.

Da muons von der gewöhnlichen Sache wie neutrinos ungewöhnlich Eindringungs-sind, sind sie auch feststellbare tiefe Untergrundbahn (700 Meter am Entdecker von Soudan II) und unterhalb der Wasserlinie, wo sie einen Hauptteil der natürlichen ionisierenden Hintergrundstrahlung bilden. Wie kosmische Strahlen, wie bemerkt, ist diese sekundäre muon Radiation auch gerichtet.

Dieselbe Kernreaktion hat oben beschrieben (d. h. hadron-hadron Einflüsse, um pion Balken zu erzeugen, die dann schnell zu muon Balken über kurze Entfernungen verfallen), wird von Partikel-Physikern verwendet, um muon Balken wie der Balken zu erzeugen, der für den muon g  2 Experiment verwendet ist.

Zerfall von Muon

Muons sind nicht stabile elementare Partikeln und sind schwerer als Elektronen und neutrinos, aber leichter als alle anderen Sache-Partikeln. Sie verfallen über die schwache Wechselwirkung. Weil lepton Zahlen erhalten werden müssen, muss eines des Produktes neutrinos des Muon-Zerfalls ein Muon-Typ-Neutrino sein, und der andere ein Elektrontyp-Antineutrino (antimuon Zerfall erzeugt die entsprechenden Antiteilchen, wie ausführlich berichtet, unten). Weil Anklage erhalten werden muss, ist eines der Produkte des Muon-Zerfalls immer ein Elektron derselben Anklage wie der muon (ein Positron, wenn es ein positiver muon ist). So verfallen alle muons zu mindestens einem Elektron und zwei neutrinos. Manchmal, außer diesen notwendigen Produkten, werden zusätzliche andere Partikeln, die eine Nettoanklage und Drehung der Null (z.B, ein Paar von Fotonen oder ein Elektronpositron-Paar) haben, erzeugt.

Die dominierende Muon-Zerfall-Weise (hat manchmal den Zerfall von Michel nach Louis Michel genannt), ist einfachstmöglich: Der muon verfällt zu einem Elektron, einem Elektronantineutrino und einem Muon-Neutrino. Antimuons, im Spiegel Mode, verfallen meistenteils zu den entsprechenden Antiteilchen: ein Positron, ein Elektronneutrino und ein Muon-Antineutrino. In Formulaic-Begriffen ist dieser zwei Zerfall:

Die Mittellebenszeit des (positiven) muon ist. Die Gleichheit des muon und der anti-muon Lebenszeiten ist zu besser gegründet worden als ein Teil in 10.

Das Baumniveau muon Zerfall-Breite ist aus der goldenen Regel von Fermi:

wo und die Kopplungskonstante von Fermi ist.

Der Zerfall-Vertrieb des Elektrons im Muon-Zerfall ist mit den so genannten Rahmen von Michel parametrisiert worden. Die Werte dieser vier Rahmen werden eindeutig im Standardmodell der Partikel-Physik vorausgesagt, so muon Zerfall vertreten einen guten Test der Raum-Zeit-Struktur der schwachen Wechselwirkung. Keine Abweichung von den Standardmustervorhersagen ist noch gefunden worden.

Für den Zerfall des muon ist der erwartete Zerfall-Vertrieb für die Standardmusterwerte von Rahmen von Michel

Die Integration dieses Ausdrucks über die Elektronenergie gibt den winkeligen Vertrieb der Tochter-Elektronen:

Der über den polaren Winkel integrierte Elektronenergievertrieb ist

Wegen des Muons-Verfallens durch die schwache Wechselwirkung wird Paritätsbewahrung verletzt. Das Ersetzen des Begriffes in den erwarteten Zerfall-Werten der Rahmen von Michel mit einem T-Begriff, wo die Frequenz von Larmor von der Vorzession von Larmor des muon in einem gleichförmigen magnetischen Feld ist, das gegeben ist durch:

wo M Masse des muon ist, ist e Anklage, g ist der muon G-Faktor, und B wird Feld angewandt.

Eine Änderung im Elektronvertrieb hat das Verwenden des Standards, unprecessional geschätzt, Michel Parameters kann gesehen werden, eine Periodizität von Radians zeigend. Wie man gezeigt werden kann, entspricht das einer Phase-Änderung dessen physisch, im Elektronvertrieb eingeführt, weil der winkelige Schwung durch die Handlung des Anklage-Konjugationsmaschinenbedieners geändert wird, der durch die schwache Wechselwirkung erhalten wird.

Die Beobachtung der Paritätsübertretung im Muon-Zerfall kann im Vergleich zum Konzept der Übertretung von partity in schwachen Wechselwirkungen im Allgemeinen als eine Erweiterung des Experimentes von Wu, sowie die Änderung des winkeligen Schwungs sein, der durch eine Phase-Änderung entsprechend dem mit der Anklageparitätsmaschinenbediener eingeführt ist, der invariant in dieser Wechselwirkung ist. Diese Tatsache ist für alle lepton Wechselwirkungen im Standardmodell wahr.

Bestimmten Zerfall-Weisen des Neutrinos weniger wird kinematisch erlaubt, aber im Standardmodell verboten. Durch die lepton Geschmack-Bewahrung verbotene Beispiele sind:

und

Die Beobachtung solcher Zerfall-Weisen würde klare Beweise für Theorien außer dem Standardmodell einsetzen. Obere Grenzen für die sich verzweigenden Bruchteile solcher Zerfall-Weisen wurden in vielen Experimenten gemessen, die vor mehr als 50 Jahren anfangen. Die aktuelle obere Grenze für den sich verzweigenden Bruchteil war gemessener 2011 im MEG-Experiment und ist 2.4 x 10.

Atome von Muonic

Der muon war die erste elementare entdeckte Partikel, dass das in gewöhnlichen Atomen nicht erscheint. Negativer muons kann sich jedoch formen muonic Atome (hat auch mu-mesic Atome genannt), durch das Ersetzen eines Elektrons in gewöhnlichen Atomen. Wasserstoffatome von Muonic sind viel kleiner als typische Wasserstoffatome, weil die viel größere Masse des muon ihm einen viel kleineren Boden-Staat wavefunction gibt, als es für das Elektron beobachtet wird. In Mehrelektronatomen, wenn nur ein der Elektronen durch einen muon ersetzt werden, setzt die Größe des Atoms fort, durch die anderen Elektronen bestimmt zu werden, und die Atomgröße ist fast unverändert. Jedoch in solchen Fällen setzt der Augenhöhlen-vom muon fort, kleiner und am Kern viel näher zu sein, als der atomare orbitals der Elektronen.

Helium von Muonic wird durch das Auswechseln gegen einen muon eines der Elektronen in Helium 4 geschaffen. Die muon am Kern viel näheren Bahnen, so kann Helium von Muonic deshalb wie ein Isotop von Wasserstoff betrachtet werden, dessen Kern aus zwei Neutronen, zwei Protonen und einem muon mit einem einzelnen Elektron draußen besteht. Umgangssprachlich konnte es "Wasserstoff 4.1" genannt werden, da die Masse des muon ungefähr.1 au ist. Chemisch, muonic Helium kann mit anderen Atomen verpfänden, und benimmt sich mehr wie ein Wasserstoffatom als ein träges Helium-Atom.

Ein positiver muon, wenn angehalten, in der gewöhnlichen Sache, kann auch ein Elektron binden und ein exotisches Atom bekannt als muonium (Mu) Atom bilden, in dem der muon als der Kern handelt. Der positive muon, in diesem Zusammenhang, kann als ein Pseudoisotop von Wasserstoff mit einer neunter von der Masse des Protons betrachtet werden. Weil die reduzierte Masse von muonium, und folglich sein Radius von Bohr, sehr der von Wasserstoff nah sind, benimmt sich dieses kurzlebige "Atom" chemisch — zu einer ersten Annäherung — wie Wasserstoff, schwerer Wasserstoff und Tritium.

Verwenden Sie im Maß des Protonenanklage-Radius

Der neue Höhepunkt eines zwölfjährigen Experimentes, das den Anklage-Radius des Protons untersucht, hat den Gebrauch von muonic Wasserstoff eingeschlossen. Diese Form von Wasserstoff wird aus einem muon das Umkreisen eines Protons zusammengesetzt. Die Lamm-Verschiebung in muonic Wasserstoff wurde durch das Fahren des muon von seinem 2s Staat bis zu einem aufgeregten 2-Punkt-Staat mit einem Laser gemessen. Die Frequenz des Fotons, das erforderlich ist, diesen Übergang zu veranlassen, wurde offenbart, um 50 terahertz zu sein, der, gemäß gegenwärtigen Theorien der Quant-Elektrodynamik, einen Wert von 0.84184 ± 0.00067 femtometres für den Anklage-Radius des Protons nachgibt.

Anomaler magnetischer Dipolmoment

Der anomale magnetische Dipolmoment ist der Unterschied zwischen dem experimentell beobachteten Wert des magnetischen Dipolmoments und dem theoretischen durch die Gleichung von Dirac vorausgesagten Wert. Das Maß und die Vorhersage dieses Werts sind in den Präzisionstests QED (Quant-Elektrodynamik) sehr wichtig. Das E821-Experiment an Brookhaven National Laboratory (BNL) hat die Vorzession von muon und anti-muon in einem unveränderlichen magnetischen Außenfeld studiert, als sie in einem Begrenzen-Lagerungsring zirkuliert haben. Das E821-Experiment hat den folgenden durchschnittlichen Wert gemeldet

wo die ersten Fehler statistisch sind und das zweite systematische.

Der Unterschied zwischen den G-Faktoren des muon und des Elektrons ist wegen ihres Unterschieds in der Masse. Wegen der größeren Masse des muon sind Beiträge zur theoretischen Berechnung seines anomalen magnetischen Dipolmoments von schwachen Standardmusterwechselwirkungen und von Beiträgen, die hadrons verbunden sind, am aktuellen Niveau der Präzision wichtig, wohingegen diese Effekten für das Elektron nicht wichtig sind. Der anomale magnetische Dipolmoment des muon ist auch zu Beiträgen von der neuen Physik außer dem Standardmodell wie Supersymmetrie empfindlich. Deshalb wird der anomale magnetische Moment des muon normalerweise als eine Untersuchung für die neue Physik außer dem Standardmodell aber nicht als ein Test QED verwendet.

Siehe auch

• Atom von Mumesic
• Muonium
• Muon spinnen Spektroskopie
• Muon-katalysierte Fusion
• Liste von Partikeln
• Tauonium

Links

• Muon anomaler magnetischer Moment und Supersymmetrie
• g-2 (muon anomaler magnetischer Moment) experimentieren
• muLan (Maß der Positiven Muon Lebenszeit) experimentieren
• Die Rezension der Partikel-Physik
• Der TRIUMF schwache Wechselwirkungssymmetrie-Test
• Das MEG-Experiment (Suchen nach dem Zerfall Muon  Positron + Gamma)