Muó

Muó
Classificació	leptó amb càrrega i partícula elemental
Composició	Partícula elemental
Estadística	Fermiònica
Grup	Leptó
Generació	Segona
Interaccions	Gravitatòria, Electromagnetisme, ; Feble
Símbol	μ-
Antipartícula	Antimuó μ+
Descoberta	Carl D. Anderson (1936)
Massa	105,65836668(38) [[MeV/c2]]
Vida mitjana	2,197034(21)×10−6 s
Càrrega elèctrica	−1 e
Moment magnètic	−0
Càrrega de color	Cap
Espín	1⁄2
Supercompanya	smuon (en)
Número de partícula de Monte Carlo	13

El muó, símbol μ^–, és una partícula de càrrega elèctrica –1 i massa de 105,66 MeV/c². Forma part de la segona família de partícules elementals conegudes com a fermions. És un leptó, com l'electró, però d'una generació i massa superiors, unes 200 vegades més (l'electró té una massa de 0,51 MeV/c²). L'antimuó, de símbol μ⁺, és el company del muó d'antimatèria.

El muó fou descobert com a constituent de les cascades de partícules produïdes pels raigs còsmics l'any 1936 pels físics nord-americans Carl D. Anderson (1905-1991) i Seth H. Neddermeyer (1907-1988).^[2]^[3] A causa de la seva massa, al principi es pensà que era la partícula predita pel físic japonès Hideki Yukawa (1907-1981) l'any 1935 per explicar la força nuclear forta que uneix protons i neutrons en els nuclis atòmics. Posteriorment, es descobrí, però, que un muó és un membre del grup de leptons de partícules subatòmiques, és a dir, mai reacciona amb nuclis o altres partícules mitjançant la forta nuclear forta.^[4]

El físic britànic Cecil Frank Powell (1903-1969) entre 1939 i 1945 desenvolupà tècniques fotogràfiques per enregistrar les trajectòries dels raigs còsmics. El 1947 les seves dades revelaren l'existència del pió, que anomenà π-mesó, així com el procés pel qual es desintegra en altres dues partícules, un antimuó (μ-mesó) i un neutrí. El 1951 el físic italià Enrico Fermi (1901-1954) encunyà en anglès el nom de muon, ‘muó’, al seu llibre Elementary Particles representat pel símbol μ, mi (en anglès mu), del grec μῦ mŷ, dotzena lletra de l’alfabet grec, a partir del nom donat per Powell.^[5]

Producció natural

Representació d'un muó μ^– als diagrames de Feynman.

El muó μ^– és matèria i el muó μ⁺ antimatèria. Els muons es detecten com a raigs còsmics secundaris i són generats en desintegrar-se els pions, que han estat produïts pels xocs dels raigs còsmics, majoritàriament protons que arriben de l'espai exterior a grans velocitats, amb els àtoms de les molècules presents a les capes altes de l'atmosfera terrestre. Les reaccions són:

$\pi ^{+}\longrightarrow \mu ^{+}+\nu _{\mu },\quad \quad \pi ^{-}\longrightarrow \mu ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mu }$

Els muons són inestables, amb una semivida de 2,20 μs, i es desintegren generant tres partícules, un electró o un positró i dos neutrins, d'acord amb el principi de conservació del nombre leptònic o càrrega leptònica (nombre quàntic additiu associat a una partícula que val +1 per als leptons, –1 per als antileptons i 0 per a la resta de partícules) segons les següents equacions:

Si s'agafa com a sistema de referència la Terra i un muó cau cap a la seva superfície amb una velocitat del 99,4 % de la velocitat de la llum, recorr 2 000 m en 6,7 μs, superior a la seva semivida. Però si s'agafa com a sistema de referència el propi muó, aquest veu que la superfície de la Terra avança 219 m en 0,73 μs.

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

Malgrat que tenen una curta semivida, els muons poden ser detectats a la superfície de la Terra a causa de la dilatació del temps que experimenten els cossos que es mouen a grans velocitats, properes a la de la llum, segons la teoria de la relativitat restringida. Així es detecta un muó per cm² cada minut, una quantitat prou elevada. És una prova de la validesa de la teoria d'Einstein.^[6]

Interacció amb la matèria

Els muons són molt menys interactius que els neutrons i, per tant, penetren més profundament en les roques. A mesura que els muons travessen la roca, hi ha dos tipus de reaccions importants per a la producció de núclids cosmogènics: la captura de muons negatius i les reaccions ràpides dels muons. La captura de muons negatius domina fins a una profunditat d'aproximadament 3 m en la roca; les reaccions ràpides dels muons dominen a profunditats majors.^[7]

Captura de muons negatius

A mesura que els muons negatius es frenen, poden ser capturats en una òrbita electrònica, acabant col·lapsant en el nucli atòmic, on poden reaccionar amb un protó per crear un neutró i un excés d'energia. La reacció és:^[7]

$\mu ^{-}+p^{+}\longrightarrow \nu _{\mu }+n^{0}+\gamma$

La pèrdua posterior de nucleons produeix núclids cosmogènics. La taxa de frenada dels muons negatius s'ha caracteritzat bé com una funció de la profunditat.

Muons ràpids

Els muons d'alta energia interactuen amb els cristalls minerals mentre passen. Hi ha diverses reaccions involucrades, incloent-hi la producció de parells d'ions, la radiació de frenada, l'escattering nuclear i les pèrdues per ionització.^[7]

Referències

↑ K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010), URL: http://pdg.lbl.gov
↑ Anderson, Carl D.; Neddermeyer, Seth H. «Cloud Chamber Observations of Cosmic Rays at 4300 Meters Elevation and Near Sea-Level». Physical Review, 50, 4, 15-08-1936, pàg. 263–271. DOI: 10.1103/PhysRev.50.263.
↑ Neddermeyer, Seth H.; Anderson, Carl D. «Note on the Nature of Cosmic-Ray Particles». Physical Review, 51, 10, 15-05-1937, pàg. 884–886. DOI: 10.1103/PhysRev.51.884.
↑ Britannica, The Editors of Encyclopaedia. «muon» (en anglès). Encyclopædia Britannica, 2003.
↑ «mi». Gran Diccionari de la Llengua Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana. [Consulta: 24 maig 2023].
↑ Nave, R. «Experimento del Muón». HyperPhysics. [Consulta: 24 maig 2023].
↑ ^7,0 ^7,1 ^7,2 Granger, D. E.. 14.7 - Cosmogenic Nuclide Burial Dating in Archaeology and Paleoanthropology (en anglès). Oxford: Elsevier, 2014, p. 81–97. DOI 10.1016/b978-0-08-095975-7.01208-0. ISBN 978-0-08-098300-4.

Vegeu també

Espectroscòpia d'espín de muó

Enllaços externs

Possible porta d'un muó inestable cap a un univers supersimètric Arxivat 2007-09-28 a Wayback Machine. APOD en català.
Zoologia de partícules per Antoni Pich, IFIC, Centre Mixt CSIC – Universitat de València (català).
Vocabulari de física Arxivat 2004-02-17 a Wayback Machine. Universitat Jaume I (català).

Viccionari

[Nakamura_2010-1] K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010), URL: http://pdg.lbl.gov

[2] Anderson, Carl D.; Neddermeyer, Seth H. «Cloud Chamber Observations of Cosmic Rays at 4300 Meters Elevation and Near Sea-Level». Physical Review, 50, 4, 15-08-1936, pàg. 263–271. DOI: 10.1103/PhysRev.50.263.

[3] Neddermeyer, Seth H.; Anderson, Carl D. «Note on the Nature of Cosmic-Ray Particles». Physical Review, 51, 10, 15-05-1937, pàg. 884–886. DOI: 10.1103/PhysRev.51.884.

[4] Britannica, The Editors of Encyclopaedia. «muon» (en anglès). Encyclopædia Britannica, 2003.

[5] «mi». Gran Diccionari de la Llengua Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana. [Consulta: 24 maig 2023].

[6] Nave, R. «Experimento del Muón». HyperPhysics. [Consulta: 24 maig 2023].

[:0-7] 7,0 ^7,1 ^7,2 Granger, D. E.. 14.7 - Cosmogenic Nuclide Burial Dating in Archaeology and Paleoanthropology (en anglès). Oxford: Elsevier, 2014, p. 81–97. DOI 10.1016/b978-0-08-095975-7.01208-0. ISBN 978-0-08-098300-4.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]