müon - Muon

müon

Ay'ın kozmik ışın gölgesi, atmosferdeki kozmik ışınların oluşturduğu ikincil müonlarda görüldüğü gibi ve Soudan 2 dedektöründe yerin 700 metre altında tespit edildi.
Kompozisyon	Temel parçacık
İstatistik	fermiyonik
Aile	lepton
Nesil	İkinci
Etkileşimler	Yerçekimi , Elektromanyetik , Zayıf
Sembol	μ-
antiparçacık	antimüon ( μ+ )
Keşfetti	Carl D. Anderson , Seth Neddermeyer (1936)
Yığın	1.883 531 627 (42) × 10 −28  kg 105.658 3755 (23)  MeV/ c 2 0.113 428 9259 (25)  Da
ortalama ömür	2.196 9811 (22) × 10 −6  sn
içine çürür	e- , ν e, ν μ (en yaygın)
Elektrik şarjı	-1  e
Renk şarjı	Hiçbiri
Döndürmek	1/2
zayıf izospin	Sol : -1/2, RH : 0
Zayıf hiper şarj	LH : -1, RH : -2

Muon ( / m ju ɒ n / ; dan Yunan yazmak mu temsil etmek üzere kullanılır (μ)) bir bir temel parçacık benzer elektron bir ile elektrik yükü -1  e ve spin 1/2, ancak çok daha büyük bir kütle ile. Bir lepton olarak sınıflandırılır . Diğer leptonlarda olduğu gibi müonun da herhangi bir alt yapısına sahip olmadığı, yani daha basit parçacıklardan oluştuğu düşünülmemektedir.

Muon bir kararsız atom altı parçacık , bir ile ortalama ömür boyu arasında2.2  μs , diğer birçok atom altı parçacıktan çok daha uzun. Temel olmayan nötronun bozunmasında olduğu gibi (ömrü yaklaşık 15 dakikadır), müon bozunması yavaştır (atom altı standartlara göre), çünkü bozunmaya yalnızca zayıf etkileşim aracılık eder (daha güçlü güçlü etkileşim veya elektromanyetik etkileşim yerine ) ve müon ile bozunma ürünleri kümesi arasındaki kütle farkı küçük olduğundan, bozunma için birkaç kinetik serbestlik derecesi sağlar . Müon bozunması hemen hemen her zaman , müon ile aynı yüke sahip bir elektron ve iki tür nötrino içermesi gereken en az üç parçacık üretir .

Tüm parçacıkların gibi, Muon karşılık gelen bir yer alır antiparticle karşıt yüke (+1  e ), fakat eşit kütle ve spin: antimuon (aynı zamanda adı verilen pozitif müyon ). Müonlar ile gösterilir
μ^-
ve antimuonlar tarafından
μ⁺
. Eskiden, müonlara " mu mezonlar " denirdi , ancak modern parçacık fizikçileri tarafından mezon olarak sınıflandırılmamıştır (bkz. § Tarih ) ve bu isim artık fizik topluluğu tarafından kullanılmamaktadır.

Müonların bir kütlesi var105.66  MeV/ c ² , elektronunkinin yaklaşık 207 katı olan m _e . Daha doğrusu,206.768 2830 (46)  m _e .

Müonlar daha büyük kütleleri nedeniyle elektromanyetik alanlarda elektronlardan daha yavaş hızlanırlar ve daha az bremsstrahlung (yavaşlama radyasyonu) yayarlar . Bu, belirli bir enerjinin müonlarının maddenin çok daha derinlerine nüfuz etmesine izin verir, çünkü elektronların ve müonların yavaşlaması öncelikle bremsstrahlung mekanizmasının enerji kaybından kaynaklanır. Örneğin , atmosfere çarpan kozmik ışınların yarattığı "ikincil müonlar", atmosfere nüfuz edebilir ve Dünya'nın kara yüzeyine ve hatta derin madenlere ulaşabilir.

Müonlar , radyoaktivitenin bozunma enerjisinden daha büyük bir kütleye ve enerjiye sahip olduklarından, radyoaktif bozunma tarafından üretilmezler . Ancak normal maddedeki yüksek enerjili etkileşimlerde, hadronlarla yapılan belirli parçacık hızlandırıcı deneylerinde ve madde ile kozmik ışın etkileşimlerinde büyük miktarlarda üretilirler . Bu etkileşimler genellikle başlangıçta neredeyse her zaman bozunarak müonlara dönüşen pi mezonları üretir .

Diğer yüklü leptonlarda olduğu gibi, müon da ilişkili bir müon nötrinoya sahiptir .
ν
_μelektron nötrinodan farklıdır ve farklı nükleer reaksiyonlara katılır.

Tarih

Müyonlar tarafından keşfedildi Carl D. Anderson ve Seth Neddermeyer de Caltech okurken, 1936 yılında kozmik radyasyon . Anderson, bir manyetik alandan geçtiğinde elektronlardan ve bilinen diğer parçacıklardan farklı şekilde kıvrılan parçacıkları fark etti . Negatif yüklüydüler, ancak aynı hızdaki parçacıklar için elektronlardan daha az keskin, ancak protonlardan daha keskin bir şekilde bükülüyorlardı . Negatif elektrik yüklerinin büyüklüğünün elektronunkine eşit olduğu ve dolayısıyla eğrilik farkını hesaba katmak için kütlelerinin bir elektrondan daha büyük ama bir protondan daha küçük olduğu varsayıldı. Böylece Anderson başlangıçta yeni parçacığı bir mesotron olarak adlandırdı ve Yunanca "orta" kelimesinden meso- ön ekini benimsedi . Müonun varlığı 1937'de JC Street ve EC Stevenson'ın bulut odası deneyi ile doğrulandı .

Mezon aralığında bir kütleye sahip bir parçacık, teorisyen Hideki Yukawa tarafından herhangi bir mezon keşfedilmeden önce tahmin edilmişti :

Heisenberg ve Fermi'nin teorisini şu şekilde değiştirmek doğal görünüyor. Ağır bir parçacığın nötron durumundan proton durumuna geçişine her zaman hafif parçacıkların emisyonu eşlik etmez. Geçiş bazen başka bir ağır parçacık tarafından alınır.

Kütlesi nedeniyle, mu mezonun başlangıçta Yukawa'nın parçacığı olduğu düşünüldü ve Niels Bohr da dahil olmak üzere bazı bilim adamları ona orijinal olarak yukon adını verdiler. Yukawa'nın tahmin ettiği parçacık, pi mezon nihayet 1947'de (yine kozmik ışın etkileşimlerinden) tanımlandı ve nükleer kuvvete aracılık eden bir parçacığın özelliklerine sahip olarak mümezondan farklı olduğu gösterildi .

Artık ara kütle ile bilinen iki parçacıkla, elektronlar ve nükleonlar arasındaki doğru kütle aralığında bu tür herhangi bir parçacığı belirtmek için daha genel bir terim olan mezon benimsenmiştir. Ayrıca, ikinci mezon keşfedildikten sonra iki farklı mezon türü arasında ayrım yapmak için, ilk mezotron parçacığı, mu meson (Yunanca μ [ mu ] harfi m'ye karşılık gelir ) ve yeni 1947 mezonu (Yukawa'nın parçacığı) olarak yeniden adlandırıldı. ) pi meson olarak adlandırıldı .

Daha sonra hızlandırıcı deneylerinde daha fazla mezon türü keşfedildiği için, sonunda mu mezonun yalnızca pi mezonundan (yaklaşık aynı kütleye sahip) değil, aynı zamanda diğer tüm mezon türlerinden de önemli ölçüde farklı olduğu bulundu. Aradaki fark, kısmen, pi mezonlarının yaptığı gibi (ve Yukawa'nın teorisinde yapılması gerektiği gibi) mü mezonlarının nükleer kuvvetle etkileşime girmemesiydi . Daha yeni mezonlar ayrıca nükleer etkileşimlerde pi mezonu gibi davrandıklarının kanıtlarını gösterdi, ancak mü mezonu gibi değil. Ayrıca, diğer yüklü mezonların bozunmasında gözlemlendiği gibi, mu mezonun bozunma ürünleri , sadece biri veya diğerinden ziyade hem bir nötrino hem de bir antinötrino içeriyordu .

1970'lerde kodlanan parçacık fiziğinin nihai Standart Modelinde , mü mezon dışındaki tüm mezonların hadronlar -yani kuarklardan yapılmış parçacıklar- olduğu ve dolayısıyla nükleer kuvvete tabi olduğu anlaşıldı . Kuark modelinde, bir mezonu (bazı çok büyük olduğu keşfedilmişti için - fazla artık kütle tanımlandı Nükleonlar ) farklı olarak, ancak bunun yerine tam olarak iki kuark (bir kuark ve antikuark) oluşan partiküller olan baryonların , burada üç kuarktan oluşan parçacıklar olarak tanımlanır (protonlar ve nötronlar en hafif baryonlardı). Ancak mü mezonları, kuark yapısı olmayan elektronlar gibi temel parçacıklar (leptonlar) olduklarını göstermişlerdi. Böylece, mü "mezonları" , parçacık yapısının kuark modeliyle birlikte kullanılan mezon teriminin yeni anlamında ve kullanımında mezon değildi .

Tanımdaki bu değişiklikle birlikte, mü meson terimi terk edildi ve mümkün olduğunda modern müon terimi ile değiştirildi , bu da "mü meson" terimini yalnızca tarihi bir dipnot haline getirdi. Yeni kuark modelinde, diğer mezon türleri bazen daha kısa terminolojide anılmaya devam etti (örneğin, pi mezonu yerine pion ), ancak müon söz konusu olduğunda, daha kısa adı korudu ve bir daha asla eskileri tarafından düzgün bir şekilde atıfta bulunulmadı. "mu mezon" terminolojisi.

Müon'un nükleer etkileşimde hiçbir rolü olmayan basit bir "ağır elektron" olarak kabul edilmesi, o zamanlar o kadar tutarsız ve şaşırtıcı görünüyordu ki, Nobel ödüllü I. I. Rabi ünlü bir şekilde "Bunu kim emretti?"

In Rossi-Hall deneyde (1941), müonlarla gözlemlemek için kullanılmıştır zaman dilatasyon (alternatif olarak veya uzunluk kısalması ) tarafından tahmin özel görelilik ilk kez.

müon kaynakları

Dünya yüzeyine ulaşan müonlar, dolaylı olarak kozmik ışınların Dünya atmosferinin parçacıkları ile çarpışmasının bozunma ürünleri olarak yaratılır.

Dakikada yaklaşık 10.000 müon dünya yüzeyinin her metrekaresine ulaşır; bu yüklü parçacıklar, üst atmosferde moleküllerle çarpışan kozmik ışınların yan ürünleri olarak oluşur. Göreceli hızlarda seyahat eden müonlar, diğer atomlar tarafından absorpsiyon veya sapma sonucunda zayıflamadan önce onlarca metre kayalara ve diğer maddelere nüfuz edebilir.

Bir kozmik ışın protonu üst atmosferdeki atom çekirdeklerine çarptığında pionlar oluşur. Bunlar nispeten kısa bir mesafe (metre) içinde müonlara (tercih edilen bozunma ürünleri) ve müon nötrinolarına bozunurlar . Bu yüksek enerjili kozmik ışınlardan gelen müonlar, genellikle orijinal protonla aynı yönde , ışık hızına yakın bir hızda devam eder . Göreli etkiler olmaksızın ömürleri , en fazla (Dünya'dan görüldüğü gibi ) sadece yaklaşık 456 metrelik (2.197 µs × ln(2) × 0.9997 × c ) bir yarı hayatta kalma mesafesine izin verecek olsa da , özel göreliliğin zaman genişletme etkisi (bakış açısından) Dünya çerçevesinde) müonların hızları nedeniyle daha uzun bir yarı ömre sahip olmaları nedeniyle , kozmik ışın ikincil müonlarının Dünya yüzeyine uçuşta hayatta kalmalarına izin verir . Müonun bakış açısından ( atalet çerçevesi ) ise, bu penetrasyona izin veren özel göreliliğin uzunluk büzülme etkisidir, çünkü müon çerçevesinde ömrü etkilenmez, ancak uzunluk büzülmesi atmosferde mesafelere neden olur ve Dünya, Dünya dinlenme çerçevesindeki bu mesafelerden çok daha kısa olacaktır. Her iki etki de hızlı müonun uzak mesafelerde olağandışı hayatta kalmasını açıklamanın eşit derecede geçerli yollarıdır.

Müonlar, nötrinolar gibi olağan maddeye olağandışı bir şekilde nüfuz ettiğinden, aynı zamanda derin yeraltı ( Soudan 2 dedektöründe 700 metre ) ve doğal arka plan iyonlaştırıcı radyasyonun büyük bir bölümünü oluşturdukları su altında da tespit edilebilirler . Belirtildiği gibi, kozmik ışınlar gibi, bu ikincil müon radyasyonu da yönlüdür.

Yukarıda açıklanan nükleer reaksiyon (yani , kısa mesafelerde hızla müon ışınlarına bozunan pion ışınları üretmek için hadron-hadron etkileri ), parçacık fizikçileri tarafından, muon g- 2 deneyi için kullanılan ışın gibi, müon ışınları üretmek için kullanılır. .

müon bozunumu

Müonun en yaygın bozunması

Müonlar kararsız temel parçacıklardır ve elektronlardan ve nötrinolardan daha ağırdır, ancak diğer tüm madde parçacıklarından daha hafiftir. Zayıf etkileşim yoluyla bozunurlar . Çünkü leptonik aile numaraları , son derece olası acil yokluğunda korunan nötrinonun salınım , müon çürüme ürün Nötrinoların biri Muon tipi nötrinonun olmalı ve ayrıntılı olarak başka bir elektron tipi antineutrino (antimuon çürüme, karşılık gelen karşıt parçacık üretir aşağıda).

Yükün korunması gerektiğinden, müon bozunmasının ürünlerinden biri her zaman müon ile aynı yüke sahip bir elektrondur (pozitif bir müon ise bir pozitron). Böylece tüm müonlar en az bir elektrona ve iki nötrinoya bozunur. Bazen, bu gerekli ürünlerin yanı sıra, net yükü ve dönüşü sıfır olan başka parçacıklar (örneğin, bir foton çifti veya bir elektron-pozitron çifti) üretilir.

Baskın müon bozunma modu (bazen Louis Michel'den sonra Michel bozunması olarak adlandırılır ) mümkün olan en basit olanıdır: müon bir elektrona, bir elektron antinötrinosuna ve bir müon nötrinoya bozunur. Antimüonlar, ayna tarzında, çoğunlukla karşılık gelen antiparçacıklara bozunurlar: bir pozitron , bir elektron nötrinosu ve bir müon antinötrino. Kalıplaşmış terimlerle, bu iki bozunma şunlardır:

μ^-
→
e^-
+
ν
_e +
ν
_μ

μ⁺
→
e⁺
+
ν
_e +
ν
_μ

(Pozitif) müonun ortalama ömrü, τ = ħ / Γ(2.196 9811 ± 0.000 0022 )  μs . Müon ve antimuon ömürleri eşitliği 10'da daha iyi bir kısmına kurulmuştur ⁴ .

Yasak bozulmalar

Bazı nötrinosuz bozunma modlarına kinematik olarak izin verilir, ancak tüm pratik amaçlar için, nötrinoların kütlesi ve salınımı olduğu göz önüne alındığında bile , Standart Model'de yasaklanmıştır . Lepton aromasının korunması tarafından yasaklanan örnekler şunlardır:

μ^-
→
e^-
+
y

ve

μ^-
→
e^-
+
e⁺
+
e^-
.

Kesin olmak gerekirse: nötrino kütlesine sahip Standart Modelde, aşağıdaki gibi bir bozunma
μ^-
→
e^-
+
y
teknik olarak mümkündür, örneğin sanal bir müon nötrinosunun bir elektron nötrinosuna nötrino salınımı ile, ancak böyle bir bozunma astronomik olarak olası değildir ve bu nedenle deneysel olarak gözlemlenemez olmalıdır: 10 ⁵⁰ müon bozunumundan birinden daha azı böyle bir bozunma üretmelidir.

Bu tür bozulma modlarının gözlemlenmesi , Standart Model'in ötesindeki teoriler için açık kanıt teşkil edecektir . Bu tür bozunma modlarının dallanma fraksiyonları için üst limitler, 50 yıldan daha uzun bir süre önce başlayan birçok deneyde ölçülmüştür. için geçerli üst sınır
μ⁺
→
e⁺
+
y
dallanma fraksiyonu, MEG deneyinde 2009–2013 yılları arasında ölçülmüştür ve 4,2 × 10 ^−13'tür .

teorik bozulma oranı

Müon bozunum genişliği ile ilgili takip eden Fermi'nin altın kural enerji boyuta sahiptir, ve genlik karesi ve böylece karesi ile orantılı olmalıdır Fermi'nin bağlama sabitinin ( Dördüncü enerji güç ters in genel boyut ile). Boyut analizi ile bu, Sargent'ın m _μ'ye beşinci kuvvet bağımlılığı kuralına yol açar , ${\displaystyle G_{\metin{F}}}$

${\displaystyle \Gamma ={\frac {G_{\text{F}}^{2}m_{\mu }^{5}}{192\pi ^{3}}}~Soldum({\frac {m_{\text{e}}^{2}}{m_{\mu }^{2}}}\sağ),}$

nerede ve: ${\displaystyle I(x)=1-8x-12x^{2}\ln x+8x^{3}-x^{4}}$

${\displaystyle x={\frac {2\,E_{\text{e}}}{m_{\mu }\,c^{2}}}}$ elektrona iletilen maksimum enerjinin kesridir.

Müon bozunmalarında elektronun bozunma dağılımları, Michel parametreleri olarak adlandırılan kullanılarak parametrelenmiştir . Bu dört parametre değerleri açık bir şekilde tahmin edilen standart model bir parçacık fiziği böylece müon bozunumu uzay-zaman yapısının iyi bir test temsil zayıf etkileşim . Standart Model tahminlerinden henüz bir sapma bulunmadı.

Müonun bozunması için, Michel parametrelerinin Standart Model değerleri için beklenen bozunma dağılımı şöyledir:

${\displaystyle {\frac {\operatöradı {d} ^{2}\Gamma }{\operatöradı {d} x\,\operatöradı {d} \cos \theta }}\sim x^{2}[(3- 2x)+P_{\mu }\cos \theta \,(1-2x)]}$

müonun polarizasyon vektörü ile bozunma elektron momentum vektörü arasındaki açı nerede ve müonların ileri polarize olan kesridir. Bu ifadeyi elektron enerjisi üzerinden entegre etmek, kızı elektronların açısal dağılımını verir: ${\görüntüleme stili\teta }$${\displaystyle \mathbf {P} _{\mu }}$${\displaystyle P_{\mu }=|\mathbf {P} _{\mu }|}$

${\displaystyle {\frac {\operatöradı {d} \Gamma }{\operatöradı {d} \cos \theta }}\sim 1-{\frac {1}{3}}P_{\mu }\cos \theta .}$

Kutup açısı üzerinden entegre edilen elektron enerji dağılımı (için geçerlidir ) ${\görüntüleme stili x<1}$

${\displaystyle {\frac {\operatöradı {d} \Gamma }{\operatöradı {d} x}}\sim (3x^{2}-2x^{3}).}$

Elektronun yayıldığı yön (bir kutup vektörü) tercihen müon dönüşünün ( eksenel bir vektör ) karşısında hizalandığından , bozunma, zayıf etkileşim tarafından paritenin korunmamasına bir örnektir . Bu, esasen, orijinal gösterimde kullanılanla aynı deneysel imzadır . Daha genel olarak Standart Modelde, tüm yüklü leptonlar zayıf etkileşim yoluyla bozunur ve benzer şekilde parite simetrisini bozar.

müonik atomlar

Muon, sıradan atomlarda görünmeyen keşfedilen ilk temel parçacıktı .

Negatif müon atomları

Bununla birlikte, negatif müonlar, sıradan atomlardaki bir elektronu değiştirerek müonik atomlar (önceden mu-mesic atomları olarak adlandırılır) oluşturabilir. Müonik hidrojen atomları tipik hidrojen atomlarından çok daha küçüktür, çünkü müonun çok daha büyük kütlesi ona elektron için gözlemlenenden çok daha lokalize bir temel durum dalga fonksiyonu verir . Çok elektronlu atomlarda, elektronlardan sadece birinin yerini bir müon aldığında, atomun boyutu diğer elektronlar tarafından belirlenmeye devam eder ve atom boyutu neredeyse değişmez. Bununla birlikte, bu gibi durumlarda, müon yörüngesi , elektronların atomik yörüngelerinden daha küçük ve çekirdeğe çok daha yakın olmaya devam eder .

Müonik helyum , helyum-4'teki elektronlardan birinin yerine bir müon konarak oluşturulur. Müon çekirdeğe çok daha yakın bir yörüngede döner, bu nedenle müonik helyum, çekirdeği iki nötron, iki proton ve bir müondan oluşan ve dışarıda tek bir elektron bulunan bir helyum izotopu olarak kabul edilebilir. Müon kütlesi 0,1 amu'dan biraz daha büyük olduğu için, halk dilinde "helyum 4.1" olarak adlandırılabilir . Kimyasal olarak, muonic helyum, eşleşmemiş sahip valans elektronu kutu bağı daha nötr bir helyum atomu daha, bir hidrojen atomu gibi atomlar, ve çalışması ile birlikte.

Negatif müonlu müonik ağır hidrojen atomları, müon katalizli füzyon sürecinde nükleer füzyona uğrayabilir , müon yeni atomu terk ederek başka bir hidrojen molekülünde füzyonu indükleyebilir. Bu süreç, negatif müon bir helyum çekirdeği tarafından yakalanana kadar devam eder ve bozunana kadar kaçamaz.

Konvansiyonel atomlara bağlı negatif müonlar , bir tür elektron yakalama benzeri süreçte, çekirdeklerdeki protonlar tarafından zayıf kuvvet yoluyla yakalanabilir ( müon yakalama ) . Bu olduğunda, nükleer dönüşüm sonuçlanır: Proton bir nötron olur ve bir müon nötrinosu yayılır.

pozitif müon atomları

Bir pozitif sıradan madde dururken iki pozitif yükü sadece püskürtmek beri Muon, bir protonun tarafından yakalanan edilemez. Pozitif müon da atomların çekirdeğine çekilmez. Bunun yerine rastgele bir elektronu bağlar ve bu elektronla muonyum (mu) atomu olarak bilinen egzotik bir atom oluşturur . Bu atomda, müon çekirdek görevi görür. Bu bağlamda pozitif müon, proton kütlesinin dokuzda birine sahip bir hidrojenin sözde izotopu olarak düşünülebilir. Elektronun kütlesi hem protonun hem de müonun kütlesinden çok daha küçük olduğu için, indirgenmiş müonyum kütlesi ve dolayısıyla Bohr yarıçapı hidrojeninkine çok yakındır . Bu nedenle, bu bağlı müon-elektron çifti, kimyasal olarak hidrojen izotopları ( protium , döteryum ve trityum ) gibi davranan kısa ömürlü bir "atom" olarak ilk yaklaşımla ele alınabilir .

Hem pozitif hem de negatif müonlar, bir müon ve zıt yüklü bir piondan oluşan kısa ömürlü bir pi-mu atomunun parçası olabilir. Bu atomlar 1970'lerde Brookhaven ve Fermilab'daki deneylerde gözlemlendi.

Proton şarj yarıçapının ölçümünde kullanın

En kesin belirlenmesi için beklenen tekniktir kök-ortalama-kare protonun yük yarıçapı ölçümüdür frekans arasında foton yayılan ya tarafından emilen (ışık hassas "renkli") atomik geçişler de muonic hidrojen . Bu hidrojen atomu formu, bir protona bağlı negatif yüklü bir müondan oluşur. Müon bu amaç için özellikle uygundur, çünkü çok daha büyük kütlesi çok daha sıkı bir bağlı duruma neden olur ve dolayısıyla atomik hidrojendeki elektrona kıyasla müonik hidrojende proton içinde bulunma olasılığı daha yüksektir. Lamb kayması muonic hidrojen A2 den müyon tahrik ile ölçülmüştür s uyarılmış bir 2 durumuna kadar s bir lazer kullanılarak durum. Bu tür (biraz farklı) iki geçişi indüklemek için gereken fotonların frekansı, 2014 yılında, mevcut kuantum elektrodinamiği teorilerine göre , uygun bir ortalama değeri veren 50 ve 55 THz olarak rapor edildi . Protonun şarj yarıçapı için 0.840 87 ± 0.000 39 fm .

Protonun yük yarıçapının uluslararası olarak kabul edilen değeri, protonun sıfır olmayan boyutunun , elektronların çekirdek tarafından saçılması ve uyarılmış atomik hidrojenden gelen ışık spektrumu (foton enerjileri) üzerinde neden olduğu etkilerin eski ölçümlerinden elde edilen sonuçların uygun bir ortalamasına dayanır . 2014 yılında güncellenen resmi değer0,8751 ± 0.0061  fm (bakınız büyüklük sıralaması diğer boyutları ile karşılaştırma için). Bu sonucun beklenen kesinliği, müonik hidrojenden yaklaşık on beş kat daha düşüktür, ancak farktaki nominal belirsizliğin yaklaşık 5,6 katı ile aynı fikirde değildirler ( bilimsel gösterimde 5.6 σ olarak adlandırılan bir tutarsızlık  ). Bu konuyla ilgili dünya uzmanlarının bir konferansı, gizemli tutarsızlığı gizlemekten kaçınmak için müon sonucunun resmi 2014 değerini etkilememesi kararına yol açtı. Bu "proton yarıçapı bulmacası", 2015'in sonlarında çözülmeden kaldı ve kısmen, her iki ölçümün de geçerli olma olasılığı nedeniyle, bazı "yeni fiziğin" etkisini ima edecek olan, çok dikkat çekti.

Anormal manyetik dipol momenti

Anormal manyetik dipol momenti manyetik dipol momentinin deneysel olarak gözlenen değer ve tahmin edilen teorik değer arasındaki fark Dirac denkleminin . QED ( kuantum elektrodinamiği ) kesinlik testlerinde bu değerin ölçülmesi ve öngörülmesi çok önemlidir . Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki (BNL) E821 deneyi ve Fermilab'daki Muon g-2 deneyi , müonlar sınırlayıcı bir depolama halkasında dolaşırken sabit bir harici manyetik alanda müon dönüşünün devinimini inceledi. Muon g-2 işbirliği 2021'de bildirildi:

${\displaystyle a={\frac {g-2}{2}}=0.00116592061(41)}$.

Muon anormal manyetik momentinin değeri için tahmin üç bölümden oluşur:

a _μ ^SM = a _μ ^QED + a _μ ^EW + a _μ ^vardı .

Müon ve elektronun g- faktörleri arasındaki fark, kütle farklarından kaynaklanmaktadır. Müonun daha büyük kütlesi nedeniyle, Standart Model zayıf etkileşimlerinden ve hadronları içeren katkılardan anormal manyetik dipol momentinin teorik hesaplanmasına katkılar , mevcut kesinlik seviyesinde önemlidir, oysa bu etkiler elektron için önemli değildir. Müonun anormal manyetik dipol momenti, süpersimetri gibi Standart Model'in ötesinde yeni fiziğin katkılarına da duyarlıdır . Bu nedenle, müonun anormal manyetik momenti normalde bir QED testi yerine Standart Model'in ötesinde yeni fizik için bir sonda olarak kullanılır. Fermilab'da E821 mıknatıs kullanılarak yapılan yeni bir deney olan Muon  g -2 , bu ölçümün kesinliğini geliştirdi.

2020'de 170 fizikçiden oluşan uluslararası bir ekip, müonun anormal manyetik momentinin teorik değeri için en doğru tahmini hesapladı.

Elektrik dipol momenti

Müon elektrik dipol momenti üzerindeki mevcut deneysel limit , | d _μ |  Brookhaven Laboratuvarı'ndaki E821 deneyi tarafından belirlenen < 1.9 × 10 ⁻¹⁹ e·cm, Standart Model tahmininin üzerinde büyüklük dereceleridir. Sıfır olmayan bir müon elektrik dipol momentinin gözlemlenmesi, ek bir CP ihlali kaynağı sağlayacaktır . Fermilab'daki deneylerden, duyarlılıkta Brookhaven sınırının üzerinde iki kat artış bekleniyor.

Müon radyografisi ve tomografisi

Müonlar, X ışınlarından veya gama ışınlarından çok daha derine nüfuz ettiğinden, muon görüntüleme çok daha kalın malzemelerle veya kozmik ışın kaynaklarıyla daha büyük nesnelerle kullanılabilir. Bir örnek, korumalı nükleer materyalin yanı sıra patlayıcıları veya diğer kaçak malları tespit etmek için tüm kargo konteynerlerini görüntülemek için kullanılan ticari müon tomografisidir .

Kozmik ışın kaynaklarına dayalı müon iletim radyografi tekniği ilk derinliğini ölçmek için defa1950 aşırı yük mümkün gizli odalarına aramak için Avustralya'da ve 1960'larda bir tünelin Chephren Piramidi içinde Giza . 2017 yılında, kozmik ışınlı müonların gözlemlenmesiyle büyük bir boşluğun (en az 30 metre uzunluğunda) keşfedildiği bildirildi.

2003 yılında Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim adamları yeni bir görüntüleme tekniği geliştirdiler: müon saçılma tomografisi . Müon saçılma tomografisi ile, sızdırmaz alüminyum sürüklenme tüpleri gibi, her parçacık için hem gelen hem de giden yörüngeler yeniden oluşturulur . Bu tekniğin geliştirilmesinden bu yana, birkaç şirket onu kullanmaya başladı.

Ağustos 2014'te, Decision Sciences International Corporation, Toshiba tarafından Fukushima nükleer kompleksinin geri kazanılmasında müon izleme dedektörlerinin kullanılması için bir sözleşme verildiğini duyurdu . Fukushima Daiichi Tracker (FDT), reaktör çekirdeklerinin dağılımını göstermek için birkaç aylık müon ölçümleri yapması önerildi.

Aralık 2014'te Tepco , Fukushima'da Ünite 1'de (yakıtın reaktör kabını terk etmiş olabileceği en ağır hasarlı olan) "Müon tarama yöntemi" ve "Müon saçılma yöntemi" olmak üzere iki farklı müon görüntüleme tekniği kullanacaklarını bildirdi. Ünite 2.

Japonya'daki Uluslararası Nükleer Hizmetten Çıkarma Araştırma Enstitüsü IRID ve Yüksek Enerji Hızlandırıcı Araştırma Organizasyonu KEK , Ünite 1 için geliştirdikleri yöntemi müon geçirgenlik yöntemi olarak adlandırıyor ; Dalga boyu dönüştürme için 1.200 optik fiber, müonlar onlarla temas ettiğinde yanar. Bir aylık veri toplama sürecinin ardından, reaktörün içinde kalan yakıt kalıntılarının yerini ve miktarını ortaya çıkarması umulmaktadır. Ölçümler Şubat 2015'te başladı.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar

• Medya ile ilgili muonlar Wikimedia Commons
• NASA Günün Astronomi Resmi: Muon'un anormal manyetik momenti ve süpersimetrisi (28 Ağustos 2005)
• "g-2 deneyi" . müon anormal manyetik moment
• "muLan deneyi" . Arşivlenmiş orijinal 2 Eylül 2006 tarihinde Pozitif Müon Lifetime Ölçümü
• "Parçacık Fiziğinin Gözden Geçirilmesi" .
• "TRIUMF Zayıf Etkileşim Simetri Testi" .
• "MEG Deneyi" . Arşivlenmiş orijinal 25 Mart 2002 tarihinde çürüme Müon → pozitron + Gama Search for
• Kral, Filip. "Müon Yapmak" . Sahne Arkası Bilimi . Brady Haran'ın fotoğrafı .