Мюон. Мюонное нейтрино

    Мюоны (μ) были впервые обнаружены в 1936 году в составе космических лучей*. В табл.1 приведены основные характеристики мюона.

Таблица 1. Основные характеристики мюона

Спин,	1/2
Масса, МэВ	105.658357+0.000005
Магнитный момент,	1.001165916+0.000000006
Среднее время жизни, с	(2.19703+0.00004)·10-6

    Отрицательно заряженный и положительно заряженный мюоны являются частицей и античастицей. Эксперименты показали, что как и должно быть с частицей и античастицей, их средние времена жизни совпадают

(μ⁺)/(μ^-) = 1.00002+0.00008.

    Отрицательно заряженные мюоны распадаются на электрон e^-, электронное антинейтрино _e и мюонное нейтрино ν_μ.

    Положительно заряженный мюон является античастицей по отношению к ^- и распадается на позитрон e⁺, электронное нейтрино  ν_e и мюонное антинейтрино _μ.

    В табл. 2 приведены каналы распада μ^-

Таблица. 2. Каналы распада μ^-

Канал распада	Доля в %
e-e νμ	~100
e-e νμγ	1.4+0.4
e-e νμe-e+	(3.4+0.4)·10-5

   Вместе c мюонным нейтрино (ν_μ) мюон составляет второе поколение лептонов. 
   Основным источником мюонов высоких энергий являются космические лучи и распады -мезонов высоких энергий

π⁺ → μ⁺ + ν_μ,
π^- → μ^- + _μ.

Кроме того, мюоны образуются в результате столкновений высокоэнергетичных электронов и позитронов

e^- + e⁺ → ^- + ⁺

   В веществе μ^-  могут входить в состав атома (образуя мезоатом) и их время жизни в плотной среде уменьшается на порядок.
    В опытах Л. Ледермана и др. в 1962 году было показано, что мюонное нейтрино отличается от электронного.
    Схема опыта показана на рис. 1. В результате взаимодействия пучка протонов с энергией 15 ГэВ с бериллиевой мишенью в большом количестве образуются вторичные ⁺ и ^--мезоны. Информация об образовании ⁺ и ^--мезонов поступала с черенковского счетчика. Мюонные нейтрино образовывались в результате последующего распада -мезонов.

π⁺ → μ⁺ + ν_μ
π^- → μ^- + _μ

Рис. 1. Эксперимент по детектированию мюонного нейтрино

    На пролетной базе (l = 20 м) между черенковским счетчиком и железной защитной стеной происходил распад π-мезонов. Все частицы, кроме нейтрино, поглощались в защитной стене. Интенсивность адронов уменьшалась примерно на 20 порядков. Взаимодействия ν_μ и _μ с нейтронами и протонами регистрировались в детекторе, состоящем из набора искровых камер, каждая из которых состояла из 9 алюминиевых пластин размером ~ 110 см х 110 см и толщиной 2.5 см. Зазор между пластинами составлял ~ 1 см. Между искровыми камерами располагались сцинтилляционные счетчики, регистрирующие появление заряженной частицы в детекторе. При появлении в детекторе заряженной частицы подавался импульс высокого напряжения на искровые камеры. Тип заряженной частицы (мюон или электрон) определялся по характеру искрового пробоя.
    Общая масса нейтринного детектора составляла ~10 тонн. В результате этих экспериментов было показано, что при взаимодействии нейтрино, образующихся в распаде -мезонов с протонами и нейтронами наблюдались только мюоны и не было обнаружено ни одного случая образования электронов и позитронов.

    Эти и последующие эксперименты показали, что ν_μ ν_e, _{μ e} и _μ ν_μ и были установлены их лептонные числа L_e и L_μ.

L_e(^-,ν_μ) = 0; L_μ(^-,ν_μ) = 1;
L_e(e^-,_e) = 1; L_μ(e^-,_e) = 0.

*Когда был открыт мюон, его назвали мю-мезоном, считалось, что это именно та частица Юкавы, которая переносит ядерное взаимодействие. По массе он подходил. Но мюон не вступал в сильные взаимодействия и на эту роль не подошел. "Какая собака его заказала?" – "возмутился" Исаак Раби.

23.04.11