2017年4月14日 星期五

A new experiment to measure the behavior of muons in magnetic fields could reveal unknown particles


A new experiment to measure the behavior of muons in magnetic fields could reveal unknown particles.

The Muon g-2 experiment will look for deviations from the standard model by measuring how muons wobble in a magnetic field.
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緲子
組成基礎粒子
費米子
第二代
基本交互作用重力電磁力,
弱力
符號μ
反粒子反緲子 (μ+)
理論
發現卡爾·安德森 (1936)
質量
1.883531475(96)×10−28 kg
105.6583715(35) MeV/c2
平均壽命2.1969811(22)×10−6 s[1]
電荷?1 e
色荷None
自旋12
緲子渺子muon)是一種帶有一個單位負電荷自旋為1/2的基本粒子。緲子與同屬於輕子電子陶子具有相似的性質,人們至今未發現輕子具有任何內部結構。歷史上曾經將緲子稱為μ介子,但現代粒子物理學認為緲子並不屬於介子(參見歷史)。
每一種基本粒子都有與之對應的反粒子,緲子的反粒子是反緲子(反渺子,antimuon)。反緲子(μ+)與緲子(μ-)相比只是帶一個單位的正電荷質量自旋等性質完全相同,因此又叫做正緲子。
與其他帶電的輕子一樣,緲子有一個與之伴隨的微中子——緲微中子(νμ)。緲微中子與電微中子νe參與的反應不同,是兩種不同的粒子。
Muon
Subatomic particle
The muon is an elementary particle similar to the electron, with an electric charge of −1 e and a spin of, but with a much greater mass. It is classified as a lepton. Wikipedia
CompositionElementary particle
Symbolμ⁻
Discovered1936
Mass105.6583715(35) MeV/c²

歷史[編輯]

緲子最早由卡爾·安德森賽斯·內德梅耶於1936年發現[3]。他們在研究宇宙射線在電磁場中的運動時,發現了一種彎曲程度不同於電子和其他已知粒子的徑跡。根據在磁場中的偏轉方向能夠判斷這種粒子帶有帶負電,對於同樣的速度,這種粒子的偏轉半徑比電子的大得多,同時又比質子的小的多。他們假定這種粒子帶有與電子相同的電荷量,由此他們計算出這種粒子的質量介於電子和質子之間,大約是電子的200倍,據此他們將這種粒子命名為「Mesotron」,意為「中間的粒子」。1937年,J. C. Street 和 E. C. Stevenson 在雲室實驗中再次確認了緲子的存在[4]
在此之前,日本理論物理學家湯川秀樹已經預言過介子的存在[5]
「對海森堡費米的理論作如下改進是很自然的,重粒子從中子態質子態躍遷不總是伴隨著輕粒子的發射,有時也會發射另一個重粒子。」
由於質量與預言的範圍相符,人們認為緲子就是湯川秀樹理論中的介子,因此將它稱為μ介子(mu meson)。但是後來發現緲子並不參與強交互作用,從而與理論不符。湯川預言的粒子直到1947年才(同樣是從宇宙射線中)被發現。在此之前,介子指的是質量介於電子和質子之間的(那種)粒子,為了區別這兩種「介子」,將之前安德森發現的並被稱為μ介子,而這種新的介子則被稱為π介子
後來,更多的介子在加速器實驗上被人們發現,最終人們發現最早發現的μ介子不僅與π介子性質差異很大,而且與其他介子的性質差異也很大。這種差異主要有以下幾點:
  1. π介子和其他新發現的介子能夠參與強交互作用,而μ介子不能;
  2. 新發現的介子在核反應中的行為與π介子相似,而與μ介子不同;
  3. μ介子衰變後產生一個微中子和一個反微中子,而π介子和其他介子則產生一個微中子或一個反微中子。
直到1970年代,粒子物理的標準模型建立以後,人們才最終明白,除μ介子以外的其他所有介子都是強子,即由夸克組成的粒子,因而可以參與強交互作用。在夸克理論中,介子不再根據粒子的質量來定義,而是重新定義為「由兩個夸克(一個正夸克和一個反夸克)構成的粒子」(由三個夸克構成的粒子叫做重子)。此時人們發現,μ介子並不存在夸克結構,是一種類似於電子的基本粒子。從此人們不再稱其為「μ介子」,而是簡單地稱為緲子(muon)。

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