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, dei mesoni e dei 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 catalogati come mesoni dalla moderna fisica delle particelle. I muoni hanno una massa a riposo di 105,6 MeV/c², circa 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 pesante. Tuttavia, per via della sua massa, quando è rallentato emette radiazione di minore intensità rispetto all'elettrone e, di conseguenza, è più penetrante.

Come nel caso di tutti i leptoni carichi, esiste un neutrino-muone, che possiede lo stesso sapore del muone. Essi sono indicati con ν_μ.

Sorgenti di muoni [modifica]

La maggior parte dei muoni che raggiungono la Terra è prodotta dai raggi cosmici: questi ultimi, quando, penetrano negli strati superiori dell'atmosfera, generano pioni, che a loro volta decadono in muoni e neutrini. I muoni così prodotti si muovono a grande velocità, sicché la loro vita media osservata da Terra è maggiore di quella osservata in un sistema nel quale essi sono in quiete, in accordo con la dilatazione temporale prevista dalla teoria della relatività ristretta. Grazie a questo fenomeno, una frazione consistente dei muoni prodotti nell'alta amosfera riesce a raggiungere la superficie terrestre prima di decadere, ed è così possibile rilevarli al suolo.

La medesima reazione è utilizzata dai fisici delle particelle per produrre fasci di muoni, come quello utilizzato per l'esperimento g-2

Decadimento del muone [modifica]

I muoni sono, dopo gli elettroni, le particelle carichè più leggere e perciò ciascuno di essi può 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.

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Raramente sono presenti anche un fotone e una coppia elettrone-positrone nel processo di decadimento.

Atomi muonici [modifica]

Il muone fu la prima particella elementare osservata che non entrasse a far parte della composizione degli 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

Storia [modifica]

I muoni furono scoperti da Carl D. Anderson nel 1936: mentre studiava i raggi cosmici egli notò 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 lì 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 scoprì che il mesone mu 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 quark, soggette dunque alla forza nucleare forte. Nel modello dei quark, ogni mesone è composto da due quark. Si determinò che i mu mesoni erano delle particelle più simili all'elettrone (leptoni), con nessuna attinenza al mondo dei quark. 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.

Note [modifica]

1. ^ http://pdg.lbl.gov

Voci correlate [modifica]

• Muonio
• Fusione catalizzata da muoni
• Lista delle particelle
• Supersimmetria

Bibliografia [modifica]

• 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.