μ介子（基本粒子）

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更新时间：2023-05-16
μ介子
基本粒子
μ介子（渺子，muon）是一种带有一个单位负电荷、自旋为1/2的基本粒子。
基本信息
中文名
μ介子
外文名
muon
电荷
-e
寿命
2.20微秒
质量
105.6583715(35) MeV/c²
简述
μ子与同属于轻子的电子和τ子具有相似的性质，人们至今未发现轻子具有任何内部结构。历史上曾经将μ子称为μ介子，但现代粒子物理学认为μ子并不属于介子。
每一种基本粒子都有与之对应的反粒子，μ子的反粒子是反μ子(反渺子,antimuon)。反μ子（μ+）与μ子（μ-）相比只是带一个单位的正电荷，质量、自旋等性质完全相同，因此又叫做正μ子。
与其他带电的轻子一样，μ子有一个与之伴随的中微子——μ中微子（νμ）。μ中微子与电中微子νe参与的反应不同，是两种不同的粒子。
μ子的质量为105.7MeV/c2，大约是电子质量的200倍。由于μ子的性质与电子相似，因而可以把μ子想象成一个“加重版”的电子。由于质量更大，μ子在电磁场中的加速和偏转比电子要慢，发出的轫致辐射也较电子少，这使得μ子比相同能量的电子能够穿透更厚的物质。例如，宇宙射线中的μ子能够穿透厚达数百千米的大气层到达地表，甚至能到达数百米深的矿井之中。
μ子的质量和能量远大于常见放射性衰变的衰变能，因此μ子不能通过放射性衰变产生。μ子可以在加速器上进行的高能物理实验中通过强子参与的核反应产生，此外，宇宙射线与地球大气作用也会产生大量μ子，这也是已知唯一的天然的μ子来源。
μ子是一种不稳定的亚原子粒子，平均寿命为2.2微秒。与其他不稳定的亚原子粒子相比，μ子的寿命相对较长（仅短于中子的881.5秒）。
相关实验
1997年至2001年，μ介子实验曾首次在布鲁克海文国家实验室进行，并在2006年最终确定结果，发现μ介子的磁矩（产生的磁场量度）略大于理论预测。
量子物理学初步预测，基本粒子（如介子和电子）的磁矩正好等于2（用依赖于粒子的测量单位计算）。但更全面的计算揭示了这个值的偏差，这是由于“真空从来不是真正的真空”造成的，即介子周围的空间里充斥着各种“虚粒子”，它们改变了介子的磁场。这种微小的差异通常用g-2表示。
在布鲁克海文国家实验室的实验中，物理学家发现g-2的值为0.0023318319。该实验中，介子磁矩的实验值必须与理论预测值相比较，而理论预测本身就有较大的不确定性。
2020年，由El-Khadra参与主持的一个大型合作项目召集了几个研究小组，每个小组专门研究一种类型的虚拟粒子，并公布了基本常数的“共识”值。理论值和实验值之间的差异没有改变。同年，一个研究小组发表了一篇预印本，表明μ介子g-2的理论值接近实验值。该团队专注于该理论中一个特别顽固的不确定来源——虚胶子。
2021年4月7日，研究人员公布μ介子磁性的最新测量结果，相关发现可能会导致新粒子的发现。
参考资料
[1]
期待已久的μ介子实验结果即将揭晓-今日头条-手机光明网 · 光明网[引用日期2021-04-09]