Muon

Muon
Samenstelling	Elementair deeltje
Generatie	Tweede
Interactiekrachten	zwakke,elektromagnetische kracht,gravitatiekracht
Symbool	μ−
Antideeltje	antimuon
Massa	105,66MeV/c²
Vervalt naar	elektron
Elektrische lading	-1e(= -1,6022 × 10−19C)
Spin	1/2

In hetstandaardmodel van de deeltjesfysicais hetmuonin de tweedegeneratiehet equivalent van hetelektronin de eerste. Beide behoren ze tot de familie vanfermionendieleptonenworden genoemd. Een muon heeft 207 keer de massa van het elektron (105,66MeV/c²)en eenspinvan ½. Een muon wordt aangeduid met μ⁻en een anti-muon met μ⁺.

Geschiedenis en naamgeving

In 1934 realiseerdeYukawazich dat desterke krachtdie deprotonenenneutroneninatoomkernenbij elkaar houdt, kon worden gemodelleerd als een gevolg van de uitwisseling vanmassievebosonentussen de kerndeeltjes. In 1934 waren er nog geendeeltjesversnellersdie deze bosonen zouden kunnen produceren en de beste kans om er een te vinden was in hoogenergetischekosmische straling.

In1936ontdekteCarl David Anderson,toen hij met behulp van eennevelvatkosmische straling bestudeerde, het muon. Anderson merkte op dat in zijn nevelvat sporen te zien waren die sterker gekromd waren dan die vanprotonen,maar minder sterk dan die van elektronen. Hij trok de conclusie dat het om sporen van een "nieuw" deeltje moest gaan. Ervan uitgaande dat deelektrische ladingvan het deeltje gelijk was aan die van het elektron volgde eveneens dat de massa van het nieuwe deeltje tussen die van het proton en die van het elektron moest liggen. Anderson noemde het deeltje daarom in eerste instantiemesotron.

Het werd echter al snel duidelijk dat het mesotron niet het door Yukawa gezochte boson kon zijn; het drong onder andere veel dieper door in allerlei stoffen (waaronder lucht) dan het theoretisch voorspelde boson (in feite is het muon dan ook geen boson, maar een fermion). Te midden van de bekende bouwstenen van de materie die op aarde voorkwamen leek het muon in eerste instantie geen natuurlijke plaats te hebben in dedeeltjesfysica.Dit gafIsidor Rabi(Nobelprijs voor de Natuurkundein 1944) aanleiding tot zijn veel geciteerde uitspraak "Who ordered that?" Het duurde nog tot 1947 tot de door Yukawa voorspelde deeltjes werden gevonden, en wel doorCecil Powellvan de universiteit van Bristol. Deze worden nupionengenoemd.

In de decennia na de ontdekking van het muon werden nog veel meer deeltjes met massa's tussen die van het elektron en die van het proton ontdekt en de naammesonwerd ingevoerd als aanduiding voor al dit soort deeltjes. Het mesotron werd hernoemd totmu-meson.Intussen heeft de termmesonnog een betekenisverschuiving doorgemaakt; een meson is nu een deeltje dat is opgebouwd uit eenquarken een anti-quark. Het muon is in deze zin geen meson meer (het is een lepton), maar desondanks kom je de oude benaming nog weleens tegen.

Muonverval

Het algemene verval van het muon

Doordat het muon tweehonderd keer zo zwaar is als het elektron is het niet stabiel, het heeft eenvervaltijd(gemiddelde levensduur) van 2,2 μs.In 1950 toondenBruno PontecorvoenTed Hincksvan de Chalk River Laboratories aan dat bij het verval van een muon een elektron en twee neutrino's worden uitgezonden:

$\mu ^{-}\to e^{-}+\nu +{\bar {\nu }}$

$\mu ^{+}\to e^{+}+\nu +{\bar {\nu }}$

Deze reactie leverde een probleem op want als er een neutrino en een anti-neutrino ontstaan, dan zou men verwachten dat deze elkaar direct annihileren tot een foton. Later toondenMelvin Schwartz,Leon LedermanenJack Steinbergeraan dat er ten minste twee soorten neutrino's bestaan, namelijkelektron-neutrino'sν_eenmuon-neutrino'sν_μ.De door Pontecorvo en Hincks gevonden reacties moeten dus geschreven worden als:

$\mu ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+\nu _{\mu }$

$\mu ^{+}\to e^{+}+\nu _{e}+{\bar {\nu }}_{\mu }$

Zie ook

• Tijddilatatie

Bronnen, noten en/of referenties

• W.S.C. Williams,Nuclear and Particle Physics,Clarendon Press, Oxford, 1991

··

Fysische deeltjes