Il
muone
(dalla lettera
greca
μ) e una
particella elementare
con
carica elettrica
negativa e
spin
pari a 1/2, caratteristico dei
fermioni
.
Nel
modello standard
appartiene, come l'
elettrone
, il
tauone
e i
neutrini
, al gruppo dei
leptoni
. Storicamente fu catalogato come
mesone
con il termine di "mesone mu". E indicato con il simbolo
μ
−
(mentre la sua
antiparticella
, l'
antimuone
, e indicato con il simbolo
μ
+
).
Il muone ha
massa a riposo
di 105,7 MeV/
c
2
, circa 207 volte la massa dell'elettrone. Dal momento che le sue interazioni sono simili, puo essere pensato come un elettrone pesante. Tuttavia, per via della
massa
, i muoni subiscono un'accelerazione meno intensa quando incontrano un
campo elettromagnetico
, e quando vengono rallentati emettono una radiazione di
bremsstrahlung
di minore intensita; sono di conseguenza piu penetranti.
Il muone possiede una vita media di 2,2 μs, piu lunga di quella degli altri leptoni instabili, dei mesoni e dei
barioni
(ad eccezione del
neutrone
).
Come nel caso di tutti i leptoni
carichi
, esiste un
neutrino muonico
che possiede lo stesso
sapore
, indicato con ν
μ
.
I muoni furono scoperti da
Carl David Anderson
e dal suo studente
Seth Neddermeyer
nel
1936
: mentre studiavano i
raggi cosmici
essi notarono che, nell'attraversare un
campo magnetico
, alcune particelle deviavano la propria traiettoria in maniera diversa dagli elettroni e da altre particelle note; in particolare, venivano deflesse con una curvatura minore rispetto agli elettroni, ma maggiore rispetto ai
protoni
. Si assunse che la carica di queste nuove particelle fosse identica a quella dell'elettrone e, per giustificarne la differente deflessione, si ritenne che avessero una massa intermedia (un valore compreso tra la massa del protone e dell'elettrone).
Per questa ragione, Anderson e Neddermayer chiamarono la nuova particella
mesotrone
, adottando il prefisso
meso-
, dal greco
intermedio
. Di li a poco furono scoperte nuove particelle con massa intermedia e per indicarle fu usato il termine
mesone
. Per distinguere tra i vari mesoni, il mesotrone fu ribattezzato
mesone mu
(con la lettera greca
μ
(
mu
) utilizzata per ricordare il suono della lettera
m
).
Tuttavia, si scopri che il mesone mu differiva significativamente dagli altri mesoni; per esempio, dal suo decadimento sono emessi un
neutrino
e un
antineutrino
, piuttosto che l'uno o l'altro, come osservato per gli altri mesoni. Si comprese in seguito come gli altri mesoni fossero
adroni
, cioe particelle composte da
quark
, soggette dunque alla
forza nucleare forte
. Nel modello dei quark, ogni mesone e composto da due quark. Si determino, con un esperimento realizzato nel 1945 da
Oreste Piccioni
,
Ettore Pancini
e
Marcello Conversi
, che i mesoni mu erano particelle prive di interazioni nucleari e quindi piu simili all'elettrone (leptoni). Si determino dunque che i mesoni mu non erano affatto
mesoni
(nel nuovo senso del termine), e cosi il termine
mesone
fu rimpiazzato da
muone
.
La maggior parte dei muoni che raggiungono la Terra e prodotta dai
raggi cosmici
: quando penetrano negli strati superiori dell'
atmosfera
, generano
pioni
, che a loro volta decadono in muoni e
neutrini
. I muoni cosi prodotti si muovono a grande velocita, sicche la loro vita media osservata dalla Terra e maggiore di quella osservata in un sistema nel quale essi sono in quiete, in accordo con la dilatazione
temporale
prevista dalla
teoria della relativita ristretta
. Grazie a questo fenomeno, cosi come mostrato nell'
esperimento di Bruno Rossi e David B. Hall
del 1940, una frazione consistente dei muoni prodotti nell'alta atmosfera riesce a raggiungere la superficie terrestre prima di decadere, ed e possibile rilevarli al suolo.
La medesima reazione e utilizzata dai fisici delle particelle per produrre fasci di muoni, come quello utilizzato per l'esperimento
Muon g?2
.
La misura piu precisa del momento magnetico del muone e stata ottenuta dal Brookhaven National Laboratory
[3]
.
I muoni sono, dopo gli elettroni, le particelle cariche piu leggere e percio ciascuno di essi puo decadere soltanto 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.
.
Raramente sono presenti anche un fotone e una coppia elettrone-positrone nel processo di decadimento.
Al laboratorio di ricerca internazionale situato a Villigen in Svizzera, Paul Scherrer Institute (PSI), e in corso d'opera l'esperimento MEG che ha come obiettivo di misurare la larghezza di decadimento del muone positivo in positrone e fotone che aprirebbe la strada allo studio di nuova fisica.
Il muone fu la seconda
particella elementare
osservata che non entrasse a far parte della composizione degli
atomi
ordinari, dopo il positrone. I muoni negativi possono tuttavia formare
atomi muonici
sostituendosi agli elettroni negli ordinari atomi. Tale tipo di atomi risulta molto piu piccolo del solito a causa della grande massa del muone stesso.
Un muone positivo, quando si mescola con la materia ordinaria, puo formare, insieme ad un elettrone, un atomo di
muonio
(Mu), in cui il muone funge da
nucleo
. Tale sostanza, in verita, non rientra nella definizione formale di
atomo
chimico, sebbene ne condivida tutte le proprieta. La
massa ridotta
del muonio, quindi il suo
raggio di Bohr
, e molto vicino a quello dell'
idrogeno
; quindi questo "atomo" dalla vita breve si comporta chimicamente (in prima approssimazione) come i suoi isotopi piu pesanti,
idrogeno
,
deuterio
e
trizio
.
- 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
[
collegamento interrotto
]
.
- 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
, Poincare Seminar (Paris, Oct. 12, 2002), published in: Duplantier, Bertrand; Rivasseau, Vincent (Eds.);
Poincare Seminar 2002
, Progress in Mathematical Physics 30, Birkhauser (2003)
ISBN 3-7643-0579-7
. Testo integrale disponibile in
PostScript
.
- muone
, in
Treccani.it ? Enciclopedie on line
, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.