Мион
Мион (μ) — елементарна честичка слична на електронот, со електричен полнеж од −1 e и спин 1⁄2, но со многу поголема маса (105,7 MeV/c2). Тој е класифициран како лептон, заедно со електронот (маса 0,511 MeV/с2), тау-честичката (маса 1.776,82 MeV/c2), и трите неутрина (електронско неутроно νЕ, мионско неутрино νμ и тау-неутрино ντ). Како што е во случај со другите лептони, за мионите се верува дека немаат подструктура, односно не се изградени од други помали честички.
| Состав | Елементарна честичка |
|---|---|
| Статистика | Фермион |
| Поколение | Втора |
| Заемодејства | Гравитација, Електромагнетно, Слабо |
| Симбол | μ− |
| Античестичка | Антимион ( μ+ ) |
| Откриена | Карл Андерсон, Сет Недермајер (1936) |
| Маса | 105,6583715 ± (35) MeV/c2[1] |
| Среден живот | (2,1969811 ± (22))⋅10-6 с[1] |
| Ел. полнеж | −1 e |
| Боен полнеж | None |
| Спин | 1⁄2 |
Мионот е нестабилна субатомска честичка со просечен животен век од 2,2 µs. Помеѓу сите познати нестабилни честички, само неутронот (трае околу 15 минути) и неколку атомски јадра имаат подолг период на полураспаѓање; другите се распаѓаат значително побрзо. Распаѓањето на мионот (како и на неутронот, најдолготрајниот нестабилен барион),е исклучително под дејство на слабото заемодејство. Распадот на мионот секогаш продуцира најмалку три честички кои мораат да вклучат електрон од ист полнеж како мионот и две неутрина од различен тип.
Како и сите елементарни честички, Мионот има соодветна античестичка со спротивен полнеж (+1 e) но еднаква маса и спин: антимионот (исто така наречен „позитивен мион“). Мионите се одобележани со
μ−
а антимионите со
μ+
. Мионите претходно биле наречени ми мезони, но не се класифицирани како мезони од страна на современите честични физичари (Погледајте Мион § Белешки), и името повеќе не е во употреба од страна на физичарите.
Мионите имаат маса од 105.7 MeV/с2, што е околу 207 пати поголема од онаа на електронот. Поради нивната голема маса, мионите не забрзуваат брзо кога тие се под дејство на електромагнетни полиња, и не испуштаат закочно зрачење. Ова им овозможува на мионите со одредена енергија да навлезат многу подлабоко во материјата од електроните, со оглед на забавувањето на електроните и мионите се должи пред сè поради губењето на енергијата преку закочното зрачење. Како на пример, т.н. „секундарни миони“, создадени од космичките зраци кои можат да продрат до површината на Земјата, па дури и во длабоките рудници.
Бидејќи мионите имаат многу голема маса и енергија во споредба со енергијата на распаѓање при радиоактивност, никогаш не се создаваат при радиоактивно распаѓање. Но сепак во голем број се создаваат при заемодејства при високи енергии во материјата во одредени експрерименти со забрзувачи на честички на хадрони, или пак по природен пат со заемодејство на космичките зраци со материја. Овие заемодејства на почетокот првично создаваат пи мезони, кои најчесто се распаѓаат на миони.
Како и во случајот со наелектризираните лептони,мионот може да се поврзе со мионското неутрино, означено со
ν
μ, што всушност не е истата честичка како електронското неутрино, и не учествува во истите јадрени реакции.
Историја
уредиMионите се откриени од страна на Карл Дејвид Андерсон и Сет Недермејер на Калтех во 1936 година, додека го изучувале космичкото зрачење. Андресон забележал дека честичките кои закрвивувале поинаку од електроните и другите познати честички кои минувале низ магнетното поле. Тие биле наелектризирани негативно но закривувале помалку за разлика од електроните, но многу поостро од протоните, за честички со истата брзина. Било претпоставено дека големината на негативниот полнеж била еднаква на онаа на електронот, и за да се надомести за разликата во закривеноста, па било претпоставено дека масата била поголема од онаа на електорнот но помала од онаа на протонот. Па така Андерсон првично ја нарекол новата честичка мезотрон, прифаќајќи го префксот мезо- грчки збор за „mid-“. Постоењето на мионот било потвордено во 1937 година од страна на Џ. К. Стрит и Е. К. Стивенсоновата Вилсонова комара.[2]
Честичка со маса во близина на онаа на мезонот биле предвидени пред откривањето на мезоните од страна на теоретичарот Хидеки Јукава:[3]
Делува природно да се измени теоријата на Хајзенберг и Ферми на следниов начин. При преминот на тешките честички од неутрони до протони не е секогаш предружена со оддавање на светлина. Преминот понекогаш е преземен од страна на друга тешка честичка.
Поради неговата маса, за ми мезонот првично се сметало дека е Јукавова честичка, но подоцна било докажано дека станува збор за честичка која имала поинакви својства. Честичката предвидена од страна на Јукава, пи мезонот била конечно препознаена во 1947 година (повторно од заемодејствата на космичките зраци), и било покажано дека се разликува од претходно откриениот ми мезон, имајќи ги точните својства за да биде честичка која ја подпомага јадрената сила.
Бидејќи биле познати сега две честички со средна маса, бил воведен општиот поим мезон кој се однесувал на сите честички која ја имале масата, меѓу електронот и нуклеоните. Понатамошно за да се направи разлика меѓу двата различни видови на мезони по открињето на вториот мезон, првичната честичка наречено мезотрон била преименувана во ми мезон и новата честичка откриена во 1947 година од страна на Јукава била наречена пи мезон.
Како што повеќе видови на мезони биле откриена во подоцнежните експерименти било забележано дека ми мезонот значително се разликува не само од пи мезонот туку исто и од сите други видови на мезони. Разликата, делумно се должела во фактот што ми мезонот незаемнодејствувал со јадрената сила, додека пак пи мезоните заемнодејствувале. Поновите мезони исто така покажувале својства слични на оние на пи мезонот при јадрените заемни дејства, но не како оние на ми мезонот. Исто така распадот на ми мезонот вклучувал и неутрино и антинеутрино, наместо само една од тие честички, како што било забележано кај другите распади на наелектризиани мезони.
Во Стандардниот модел во честичната физика кодифициран во 1970-ите години сите мезони со исклучок на ми мезонот се сметале за хадрони, односно честичките составени од кваркови а со тоа биле под дејство на јадрената сила. Кај моделот на кварковите, мезонот повеќе не бил определен од масата, туку станувало збор за честички составени точно од два кварка (кварк и антикварк), за разлика од барионите, кој биле определени како честички составени од три кваркови (протоните и неутроните биле најлесните бариони). Ми мезоните сепак на крај биле сместени кај основните честички (лептони) како и електроните кои немале кваркова градба. Затоа ми мезоните не биле воопшто мезони во новата смисла во употребата на поимот мезон кој имал кваркова градба.
Со оваа промена на дефинирањето, поимот ми мезон бил напуштен, и заменет за секоја можност со современиот поим мион, со што поимот ми мезон заминал во историјата. Во новиот кварков модел, останатите видови на мезони продолжиле да се именуваат со покусите поими (на пример, пион за пи мезонот), но во истиот случај за мионот го задржал покусото име мион и никогаш повторно не било користено старото име „ми мезон“.
Последователното препознавање на „ми мезонот“ мион, како едноставно станува збор за „тежок електрон“ кој немал никаква улога во јадрените заемодејства, биле несоодветни и изненадувачки во тој период, па така добитникот на Нобелова награда Ајзак Исак Раби има изјавено, „Кој ги нареди ова?“
При Роси–Халовиот експеримент (1941), мионите биле искористени за првпат да се набљудува временската дилатација (или контракцијата на должината) предвидена од специјалната релативност.
Мионски извори
уредиНа Земјата, повеќето природни миони се создадени од квазари и супернови, кои се состојат главно од протони, кои доаѓаат од вселената со многу голема енергија.
Околу 10.000 миони пристигнале на секој квадратен метар на површината на Земјата во една минута; овие честички се формираат како нус-производи од космичките зраци, судир со молекули во горниот дел од атмосферата. Се движат со релативистички брзини, мионите можат да навлезат десетици метри во карпи и други материи.
Поголемиот број на миони кој пристигнуваат на Земјата се создадени во квазарите и суперновите, кој се состојат претежно од протони, кои претежно пристигнуваат од длабоката вселена со многу висока енергија,[4]
На површината на Земјата во една минута на квадратен метар пристигнуваат околу 10.000 миони, овие наелектризирани честички добиени како производ од судирањето на космичкото зрачење со моликулите во горните слоеву на атмосферата. Патувајќи со релативистички брзини, мионите можат да минат и неколку десетици метри во камењата и други материјали пред да бидат впиени како резултат на застранувањето предизвикано од други атоми.[5]
Кога протон како дел од космичкото зрачење ќе се судри со атом во погорните делови на атмосферата, се создаваат пиони. Пионите пак се распаѓаат за кус временски период на растојание од само неколку метри во миони (нивниот постојан производ), и мионски неутрина. Мионите од овие високи енергетски космички зраци вообичаено продолжуваат да се движат во истата насока како и првичниот протон, со брзина блиска до брзината на светлината. Иако нивниот животен век без релативистички ефекти ќе имаат полураспад од само 456 метри (2,197 µs×ln(2) × 0,9997×c) но гледано од Земјата временската дилатација како ефект на специјалната релативност (гледано од Земјата) овозможува второстепеното космичко зрачење на мионите да го измине растојанието до Земјината површина, бидејќи гледано од појдовниот систем на Земјата, мионите имаат подолг полураспад поради својата брзина. Гледано од (инерцијалниот појдовен систем) на мионот, од друга страна пак тука е ефектот на контракцијата на должината од специјалната релативност кој го овозможува ова пробивање, бидејќи во појдовиот систем на мионот неговиот полураспад е непроменет, но контракцијјата на должината предизвикува растојанието од атмосферата до Земјата да биде многу покусо отколку што е како растојание во појдовниот систем на Земјата. Двата ефекти се точен начин за обајснување на невообичаената должина на полураспадот на мионот при поголеми растојанија.
Бидејќи мионите вообичаено минуваат низ обичната материја, како неутрината тие исто така можат да бидат забележани под земја (700 метри кај детекторот Судан 2 и подвода, каде тие претставуваат голем дел од позадинското јонизирачко зрачење. Како и космичките зраци, зрачењето од мионите е исто така насочено зрачење.
Истата јадрена реакција опишана погоре (пр. судири на зраци од хадрони се добиваат пиони, кои брзо се распаѓаат на миони на куси растојанија) се користи од страна на честичните физичари за да се добијат мионски зраци, како оние што се користат во мионскиот експеримент за определување на g.[6]
Мионско распаѓање
уредиВо изработка
Мион атоми
уредиМионот е првата елементарна честичка откриена дека не се појавува и во обичните атоми. Негативните миони сепак може да формираат мионови атоми (исто така наречени му-Месиќ атоми), со замена на еден електрон во обичните атоми.
Mион водородните атоми се многу помали отколку некои типични водородни атоми.
Mион хелиум е создаден со замена на Mион за еден од електроните во хелиум-4.
Позитивниот Mион кога ќе застане во нормалната материја, исто така може да се поврзе на електрони и формира егзотичен атом познат како muonium (MU)
Поврзано
уредиНаводи
уреди- ↑ 1,0 1,1 J. Beringer et al. (Particle Data Group) (2012). „PDGLive Particle Summary 'Leptons (e, mu, tau, ... neutrinos ...)'“ (PDF). Particle Data Group. Посетено на 2013-01-12.
- ↑ New Evidence for the Existence of a Particle Intermediate Between the Proton and Electron", Phys. Rev. 52, 1003 (1937).
- ↑ Yukaya Hideka, On the Interaction of Elementary Particles 1, Proceedings of the Physico-Mathematical Society of Japan (3) 17, 48, pp 139–148 (1935). (Read 17 November 1934)
- ↑ S. Carroll (2004). Spacetime and Geometry: An Introduction to General Relativity. Addison Wesley. p. 204
- ↑ Mark Wolverton (September 2007). „Muons for Peace: New Way to Spot Hidden Nukes Gets Ready to Debut“. Scientific American. 297 (3): 26–28. doi:10.1038/scientificamerican0907-26.
- ↑ Брукхејвенска национална лабораторија (30 јули 2002). "Physicists Announce Latest Muon g-2 Measurement". Соопштение за печат. посет. 14 ноември 2009 г[мртва врска]
Надворешни врски
уреди- Muon anomalous magnetic moment and supersymmetry
- g-2 (muon anomalous magnetic moment) experiment
- muLan (Measurement of the Positive Muon Lifetime) experiment Архивирано на 2 септември 2006 г.
- The Review of Particle Physics
- The TRIUMF Weak Interaction Symmetry Test
- The MEG Experiment (Search for the decay Muon → Positron + Gamma) Архивирано на 25 март 2002 г.
- King, Philip. „Making Muons“. Backstage Science. Brady Haran.