Учебные материалы по ядерной физике, курс физика атомного ядра и частиц

Мюон. Мюонное нейтрино

    Мюоны () 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

(⁺)/(^-) = 1.00002+0.00008.

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

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

    В табл. 2 приведены каналы распада ^-

Таблица. 2. Каналы распада ^-

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

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

⁺⁺ + ,
^-- + .

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

e^- + e^+- + ⁺

   В веществе ^-  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. Мюонные нейтрино образовывались в результате распада ⁺ , ^- - мезонов, рождающихся при облучении бериллиевой мишени протонами, ускоренными до энергии 15 Гэв.

⁺⁺ +
^-- +

Рис. 1. Эксперимент по детектированию мюонного нейтрино

    Регистрировались взаимодействия и с нейтронами и протонами в веществе детектора, состоящем из искровых камер, каждая из которых состояла из 9 алюминиевых пластин размером ~ 110 см х110 см и толщиной 2.5 см. Зазор между пластинами составлял ~ 1 см. Между искровыми камерами располагались сцинтилляционные счетчики, регистрирующие появление заряженной частицы. 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 наблюдались электроны.

    Эти и последующие эксперименты показали, что _e, _e и и были установлены их лептонные числа L_e и .

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