Muone
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Nel modello standard delle particelle, un muone (dalla lettera greca μ (mu), usata per rappresentarla) è una particella fondamentale con carica elettrica negativa e uno spin semi-intero di 1/2. Esso possiede una vita media di 2.2 μs, più lunga di quella degli altri leptoni instabili, mesoni o barioni, ad eccezione del neutrone. Insieme all'elettrone, al tauone e ai neutrini, è classificato come leptone. Come tutte le particelle fondamentali, anche il muone ha la sua antiparticella, con stessa massa e spin, ma carica opposta: l'antimuone. I muoni sono indicati con μ−, mentre gli antimuoni con μ+.
Per ragioni storiche, i muoni sono spesso indicati con il termine di mesoni mu, sebbene essi non siano classificati come mesoni dalla moderna fisica delle particelle. I muoni hanno una massa a riposo di 105.6 MeV, 207 volte la massa dell'elettrone. Dal momento che le loro interazioni sono simili a quelle dell'elettrone, un muone può essere pensato come un elettrone estremamente pesante. Tuttavia, per via della loro massa, non emettono la stessa radiazione; di conseguenza sono più penetranti dell'elettrone.
Come nel caso di tutti i leptoni carichi, esiste un neutrino-muone, che possiede lo stesso sapore del muone. Essi sono indicati con νμ.
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[modifica] Sorgenti di muoni
Sulla Terra, la maggior parte dei muoni è creata dai raggi cosmici. Quando un raggio cosmico colpisce la parte superiore dell'atmosfera, vengono creati dei pioni. Essi decadono dando luogo a muoni e neutrini. Questi muoni si muovono a grande velocità, sicché la loro vita media aumenta per via della dilatazione temporale, prevista dalla teoria della relatività ristretta. Ciò rende più facile la loro rivelazione sulla superficie della Terra.
La medesima reazione è utilizzata dai fisici delle particelle per produrre fasci di muoni, come quello utilizzato per l'esperimento g-2
[modifica] Decadimento del muone
Dacché i muoni sono le particelle carichè più leggere, ad eccezione dell'elettrone, essi devono decadere in un elettrone e in altre particelle di carica complessiva nulla. Quasi tutte le volte, essi decadono in un elettrone, un antineutrino elettronico e in un neutrino muonico. Gli antimuoni decadono invece in un positrone, in un neutrino elettronico e in un antineutrino muonico.
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Raramente sono presenti anche un fotone e una coppia elettrone-positrone nel processo di decadimento.
[modifica] Atomi muonici
Il muone fu la prima particella elementare scoperta che non compare negli atomi ordinari. I muoni negativi possono tuttavia formare atomi muonici sostituendosi agli elettroni negli ordinari atomi. Tale tipo di atomi risulta molto più piccolo del solito in quanto il muone ha una funzione d'onda per lo stato di minima energia più bassa di quella dell'elettrone.
Un muone positivo, quando si mescola con la materia ordinaria, può formare, insieme ad un elettrone, un atomo di muonio (Mu), in cui il muone funge da nucleo. Tale sostanza, in verità, non rientra nella definizione formale di atomo chimico, sebbene ne condivida tutte le proprietà. La massa ridotta del muonio, quindi il suo raggio di Bohr, è molto vicino a quello dell'idrogeno; quindi questo "atomo" dalla vita breve si comporta chimicamente (in prima approssimazione) come i suoi isotopi più pesanti, idrogeno, deuterio e trizio
[modifica] Storia
I muoni furono scoperti da Carl D. Anderson nel 1936 mentre studiava i raggi cosmici. Egli notò delle particelle che deviavano in maniera diversa dagli elettroni e da altre particelle note quando queste passavano attraverso un campo magnetico. In particolare, queste nuove particelle venivano deflesse ad un angolo minore rispetto agli elettroni, ma più acuto di quello dei protoni. Si assunse che la loro carica fosse identica a quella dell'elettrone e, per rispondere alla differenza di deflessione, si ritenne che avesse una massa intermedia (un valore compreso tra la massa del protone e dell'elettrone).
Per questa ragione, Anderson chiamò inizialmente la nuova particella mesotrone, adottando il prefisso meso- dal greco intermedio. Di lì a poco nuove particelle con massa intermedia furono scoperte, e fu adottato il termine generale mesone per indicarle. Per necessità di distinguere tra i vari mesoni, il mesotrone fu ribattezzato mu mesone (con la lettera greca μ (mu) utilizzata per ricordare il suono della lettera m).
Tuttavia, si scoprì che il mu mesone differiva significativamente dagli altri mesoni; per esempio, dal suo decadimento viene emesso un neutrino e un antineutrino, piuttosto che l'uno o l'altro, come osservato per gli altri mesoni. Si comprese in seguito che gli altri mesoni erano degli adroni, cioè particelle composte da quarks, soggette dunque alla forza nucleare forte. Nel modello dei quarks, ogni mesone è composto da due quarks. Si determinò che i mu mesono erano delle particelle più simili all'elettrone (leptoni), con nessuna attinenza al mondo dei quarks. Si determinò dunque che i mu mesoni non erano affatto dei mesoni (nel nuovo senso del termine), e così il termine mu mesone fu accantonato e rimpiazzato dal moderno muone.
[modifica] Voci correlate
- Muonio
- Fusione mu-catalizzata
- Lista delle particelle
- Supersimmetria
[modifica] Riferimenti
- S.H. Neddermeyer and C.D. Anderson, "Note on the Nature of Cosmic-Ray Particles", Phys. Rev. 51, 884-886 (1937). Testo integrale disponibile in PDF.
- Serway & Faughn, College Physics, Fourth Edition (Fort Worth TX: Saunders, 1995) pagina 841
- Emanuel Derman, My Life As A Quant (Hoboken, NJ: Wiley, 2004) pp. 58-62.
- Marc Knecht; The Anomalous Magnetic Moments of the Electron and the Muon, Poincaré Seminar (Paris, Oct. 12, 2002), published in : Duplantier, Bertrand; Rivasseau, Vincent (Eds.); Poincaré Seminar 2002, Progress in Mathematical Physics 30, Birkhäuser (2003) [ISBN 3-7643-0579-7]. Testo integrale disponibile in PostScript.
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| Fermioni: Quark | Leptone | |
| Quark: Up | Down | Strange | Charm | Bottom | Top | Tetraquark | Pentaquark | |
| Leptoni: Elettrone | Muone | Tauone | Neutrini | |
| Bosoni di Gauge: Fotoni | Bosoni W e Z | Gluone | |
| Non ancora osservati: Bosone di Higgs | Gravitone | |
