μ介子
基本粒子
μ介子(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。
μ屬τ具似質,今未具構。歷史曾μ稱μ介,粒μ屬介子。
基粒反粒,μ反粒反μ(反渺,)。反μ(μ+)μ(μ-)單正電荷,質量、自旋等性質完全相同,因此又叫做正μ子。
,μ伴隨中微子——μ中微子(νμ)。μ中微子與電中微子νe參與的反應不同,是兩種不同的粒子。
μ子的質量為105.7MeV/c2,大約是電子質量的200倍。由於μ子的性質與電子相似,因而可以把μ子想象成一個“加重版”的電子。由於質量更大,μ子在電磁場中的加速和偏轉比電子要慢,發出的軔致輻射也較電子少,這使得μ子比相同能量的電子能夠穿透更厚的物質。例如,宇宙射線中的μ子能夠穿透厚達數百千米的大氣層到達地表,甚至能到達數百米深的礦井之中。
μ子的質量和能量遠大於常見放射性衰變的衰變能,因此μ子不能通過放射性衰變產生。μ子可以在加速器上進行的高能物理實驗中通過強子參與的核反應產生,此外,宇宙射線與地球大氣作用也會產生大量μ子,這也是已知唯一的天然的μ子來源。
μ子是一種不穩定的亞原子粒子,平均壽命為2.2微秒。與其他不穩定的亞原子粒子相比,μ子的壽命相對較長(僅短於中子的881.5秒)。
1997年至2001年,μ介子實驗曾首次在布魯克海文國家實驗室進行,並在2006年最終確定結果,發現μ介子的磁矩(產生的磁場量度)略大於理論預測。
量子物理學初步預測,基本粒子(如介子和電子)的磁矩正好等於2(用依賴於粒子的測量單位計算)。但更全面的計算揭示了這個值的偏差,這是由於“真空從來不是真正的真空”造成的,即介子周圍的空間里充斥著各種“虛粒子”,它們改變了介子的磁場。這種微小的差異通常用g-2表示。
在布魯克海文國家實驗室的實驗中,物理學家發現g-2的值為0.0023318319。該實驗中,介子磁矩的實驗值必須與理論預測值相比較,而理論預測本身就有較大的不確定性。
2020年,由El-Khadra參與主持的一個大型合作項目召集了幾個研究小組,每個小組專門研究一種類型的虛擬粒子,並公布了基本常數的“共識”值。理論值和實驗值之間的差異沒有改變。同年,一個研究小組發表了一篇預印本,表明μ介子g-2的理論值接近實驗值。該團隊專註於該理論中一個特別頑固的不確定來源——虛膠子。
2021年4月7日,研究人員公布μ介子磁性的最新測量結果,相關發現可能會導致新粒子的發現。