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μ介子

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μ子(渺子,muon)是一种带有一个单位负电荷、自旋为1/2的基本粒子。

μ子与同属于轻子的电子和τ子具有相似的性质,人们至今未发现轻子具有任何内部结构。历史上曾经将μ子称为μ介子,但现代粒子物理学认为μ子并不属于介子。

每一种基本粒子都有与之对应的反粒子,μ子的反粒子是反μ子(反渺子,antimuon)。反μ子(μ)与μ子(μ)相比只是带一个单位的正电荷,质量、自旋等性质完全相同,因此又叫做正μ子。

与其他带电的轻子一样,μ子有一个与之伴随的中微子——μ中微子(νμ)。μ中微子与电中微子νe参与的反应不同,是两种不同的粒子。

μ子的质量为105.7MeV/c,大约是电子质量的200倍。由于μ子的性质与电子相似,因而可以把μ子想象成一个“加重版”的电子。由于质量更大,μ子在电磁场中的加速和偏转比电子要慢,发出的轫致辐射也较电子少,这使得μ子比相同能量的电子能够穿透更厚的物质。例如,宇宙射线中的μ子能够穿透厚达数百千米的大气层到达地表夜敬承,甚至能到达数百米深的矿井之中。

μ子的质量和能量远大于常见放射性衰变的衰变能,因此μ子不能通过放射性衰变产生。μ子可以在加速器上进行的高能物理实验中通过强子参与的核反应产生,此外,宇宙射线与地球大气作用也会产生大量μ子,这也是已知唯一的天然的μ子来源。

μ子是一种不稳定的亚原子粒子,平均寿命为2.2微秒。与其他不稳定的亚原子粒子相比,μ子的寿命相对较长(仅短于中子的881.5秒)。

美国洛斯阿拉莫斯科学实验室(Los Alamos National Laboratory)科阀盛柜验学家研制成一种新仪器,可以利用宇宙射线与地球大气碰撞形成套享格的μ子探测核材料,并应用于日本3·11地震中福岛核电站的反腿几重立应笑几漏堆内部毁损状况探测。 该技术还可用于反恐,它能在短短的一分钟内发现隐藏在厢式货运汽车中宽度仅为10厘米的方块铀材料。

每分钟射到每平方米地球表面上的μ子大约有1万个,当μ子与原子核相碰撞时,它会偏离自己的原始轨迹,偏离程度取决于原子核的质量。例如,10厘米水可以迫使具有中等能量的μ子改变方向只有0.1°,而同样厚度的铅却能迫使μ子偏离原始方向整整1°。

洛斯阿拉莫斯科学实验室研究小组在装有金属部件的箱子上面放有两个60厘米矩形μ子检测器,另一对μ子检测器被安放在箱子的下面。从天空中射来的燥炒酷μ子先穿过安放在箱子上面的两个μ子检测器,由这一对μ子检测器确定μ子的行进方向,然后μ子又会穿过下面一对μ子检测器,再测出μ子偏离原始方向的程度,最后这些数据可用来建立店狼箱子内部物体的三维模型。