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, ћ 1/2
Масса, МэВ 105.658357+0.000005
Магнитный момент, eћ/2mμc 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

tau+)/tau) = 1.00002+0.00008.

    Отрицательно заряженные мюоны распадаются на электрон e-, электронное антинейтрино e и мюонное нейтрино νμ.

μ e + e + νμ.

    Положительно заряженный мюон является античастицей по отношению к и распадается на позитрон e+, электронное нейтрино  νe и мюонное антинейтрино μ.

μ+ e+ + νe + μ.

    В табл. 2 приведены каналы распада μ-

Таблица. 2. Каналы распада μ-

Канал распада Доля в %
eeνμ ~100
eeνμγ 1.4+0.4
eeνμee+ (3.4+0.4)·10-5

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

π+ μ+ + νμ,
π- μ + μ.

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

e + e+ + +

s047_5.gif (515 bytes)

   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 π+ и π-мезоны. Информация об образовании π+ и π-мезонов поступала с черенковского счетчика. Мюонные нейтрино образовывались в результате последующего распада π-мезонов.

π+ μ+ + νμ
π μ + μ

Рис.1
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 νμ 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 π-мезонов с протонами и нейтронами наблюдались только мюоны и не было обнаружено ни одного случая образования электронов и позитронов.

μ + p μ+ + n
νμ + n μ + p

μ + p e+ + n
νμ + n e + p

    Эти и последующие эксперименты показали, что νμ νe, μ aneutrino.gif (63 bytes)e и μ νμ и были установлены их лептонные числа Le и Lμ.

Le(μ) = 0; Lμ(μ) = 1;
Le(e,e) = 1; Lμ(e,e) = 0.


16.11.15