Muón

Partícula subatómica elemental con carga eléctrica negativa

Muón

La sombra del rayo cósmico de la Luna , como se ve en los muones secundarios generados por los rayos cósmicos en la atmósfera, y detectada a 700 metros bajo tierra, en el detector Soudan 2
Composición	Partícula elemental
Estadísticas	Fermiónico
Familia	Lepton
Generacion	Segundo
Interacciones	Gravedad , electromagnética , débil
Símbolo	μ-
Antipartícula	Antimuon ( μ+ )
Descubierto	Carl D. Anderson , Seth Neddermeyer (1936)
Masa	1.883 531 627 (42) × 10 −28  kg [1] 105,658 3755 (23)  MeV / c 2 [1] 0,113 428 9259 (25)  Da [1]
Vida media	2,196 9811 (22) × 10 −6  s [2] [3]
Decae en	mi- , ν mi, ν μ[3] (más común)
Carga eléctrica	−1  e
Carga de color	Ninguno
Vuelta	1 / 2
Isospin débil	LH : - 1 / 2 , RH : 0
Hipercarga débil	LH : −1, RH : −2

El muón ( / m Ju ɒ n / ; a partir de los griegos carta mu (mu) utilizado para representarla) es una partícula elemental similar a la de electrones , con una carga eléctrica de -1  e y un espín de 1/2, pero con una masa mucho mayor. Está clasificado como leptón . Al igual que con otros leptones, no se sabe que el muón tenga ninguna subestructura, es decir, no se cree que esté compuesto por partículas más simples.

El muón es una partícula subatómica inestable con una vida media de2,2  μs , mucho más largo que muchas otras partículas subatómicas. Al igual que con la desintegración del neutrón no elemental (con una vida útil de alrededor de 15 minutos), la desintegración del muón es lenta (según los estándares subatómicos) porque la desintegración está mediada solo por la interacción débil (en lugar de la interacción fuerte más poderosa o la interacción electromagnética ) y porque la diferencia de masa entre el muón y el conjunto de sus productos de desintegración es pequeña, lo que proporciona pocos grados cinéticos de libertad para la desintegración. La desintegración del muón casi siempre produce al menos tres partículas, que deben incluir un electrón de la misma carga que el muón y dos tipos de neutrinos .

Como todas las partículas elementales, el muón tiene una antipartícula correspondiente de carga opuesta (+1  e ) pero igual masa y espín: la antimuón (también llamada muón positivo ). Los muones se denotan por
μ^-
y antimuons por
μ⁺
. Anteriormente, los muones se llamaban " mesones mu " , pero los físicos de partículas modernos no los clasifican como mesones (ver § Historia ), y la comunidad física ya no usa ese nombre.

Los muones tienen una masa de105,66  MeV / c 2 , que es aproximadamente 207 veces la del electrón, m _e . Más precisamente, es206,768 2830 (46)  m _e . ^[1]

Debido a su mayor masa, los muones se aceleran más lentamente que los electrones en los campos electromagnéticos y emiten menos bremsstrahlung (radiación de desaceleración). Esto permite que los muones de una determinada energía penetren mucho más profundamente en la materia porque la desaceleración de electrones y muones se debe principalmente a la pérdida de energía por el mecanismo de bremsstrahlung. Por ejemplo, los llamados "muones secundarios", creados por rayos cósmicos que golpean la atmósfera, pueden penetrar la atmósfera y alcanzar la superficie terrestre de la Tierra e incluso en minas profundas.

Debido a que los muones tienen una masa y energía mayores que la energía de desintegración de la radiactividad, no son producidos por desintegración radiactiva . Sin embargo, se producen en grandes cantidades en interacciones de alta energía en materia normal, en ciertos experimentos de aceleradores de partículas con hadrones y en interacciones de rayos cósmicos con la materia. Estas interacciones suelen producir inicialmente mesones pi , que casi siempre se desintegran en muones.

Al igual que con los otros leptones cargados, el muón tiene un neutrino muón asociado , denotado por
ν
_μ, que se diferencia del electrón neutrino y participa en diferentes reacciones nucleares.

Historia

Los muones fueron descubiertos por Carl D. Anderson y Seth Neddermeyer en Caltech en 1936, mientras estudiaban la radiación cósmica . ^[4] Anderson notó partículas que se curvaban de manera diferente a los electrones y otras partículas conocidas cuando pasaban a través de un campo magnético . Tenían carga negativa pero se curvaban menos que los electrones, pero más que los protones., para partículas de la misma velocidad. Se asumió que la magnitud de su carga eléctrica negativa era igual a la del electrón y, por lo tanto, para explicar la diferencia de curvatura, se supuso que su masa era mayor que un electrón pero menor que un protón. Así, Anderson inicialmente llamó a la nueva partícula mesotrón , adoptando el prefijo meso- de la palabra griega para "mid-". La existencia del muón fue confirmada en 1937 por el experimento de la cámara de niebla de JC Street y EC Stevenson . ^[5]

Una partícula con una masa en el rango de mesones había sido predicha antes del descubrimiento de cualquier mesón, por el teórico Hideki Yukawa : ^[6]

Parece natural modificar la teoría de Heisenberg y Fermi de la siguiente manera. La transición de una partícula pesada del estado de neutrones al estado de protones no siempre va acompañada de la emisión de partículas ligeras. A veces, la transición es absorbida por otra partícula pesada.

Debido a su masa, inicialmente se pensó que el mesón mu era la partícula de Yukawa y algunos científicos, incluido Niels Bohr , lo llamaron originalmente yukon. La partícula predicha de Yukawa, el mesón pi , fue finalmente identificada en 1947 (nuevamente a partir de las interacciones de los rayos cósmicos), y se demostró que se diferencia del mesón mu por tener las propiedades de una partícula que medió la fuerza nuclear .

Con dos partículas conocidas ahora con la masa intermedia, se adoptó el término mesón más general para referirse a cualquier partícula de este tipo dentro del rango de masa correcto entre electrones y nucleones. Además, con el fin de diferenciar entre los dos tipos diferentes de mesones después de la segunda mesón se descubrió, la partícula inicial mesotrón se renombró el mesón mu (la letra griega μ [ mu ] corresponde a m ), y el nuevo 1947 mesón (partícula de Yukawa ) fue nombrado mesón pi .

A medida que se descubrieron más tipos de mesones en experimentos con aceleradores posteriores, finalmente se descubrió que el mesón mu difería significativamente no solo del mesón pi (de aproximadamente la misma masa), sino también de todos los demás tipos de mesones. La diferencia, en parte, era que los mesones mu no interactuaban con la fuerza nuclear , como lo hacían los mesones pi (y estaban obligados a hacerlo, en la teoría de Yukawa). Los mesones más nuevos también mostraron evidencia de comportarse como el mesón pi en las interacciones nucleares, pero no como el mesón mu. Además, los productos de desintegración del mesón mu incluían tanto un neutrino como un antineutrino , en lugar de solo uno u otro, como se observó en la desintegración de otros mesones cargados.

En el eventual Modelo Estándar de física de partículas codificado en la década de 1970, se entendió que todos los mesones, excepto el mesón mu, eran hadrones , es decir, partículas hechas de quarks , y por lo tanto sujetos a la fuerza nuclear . En el modelo de quarks, un mesón ya no estaba definido por la masa (ya que algunos se habían descubierto que eran muy masivos, más que los nucleones ), sino que eran partículas compuestas exactamente por dos quarks (un quark y un antiquark), a diferencia de los bariones., que se definen como partículas compuestas por tres quarks (los protones y los neutrones eran los bariones más ligeros). Los mesones Mu, sin embargo, han demostrado ser partículas fundamentales (leptones) como electrones, sin estructura de quarks. Así, los "mesones" mu no eran mesones en absoluto, en el nuevo sentido y uso del término mesón usado con el modelo de estructura de partículas de quarks.

Con este cambio en la definición, el término mesón mu fue abandonado y reemplazado siempre que fue posible por el término moderno muón , haciendo que el término "mesón mu" sea sólo una nota histórica al pie de página. En el nuevo modelo de quark, a veces se siguió haciendo referencia a otros tipos de mesones con una terminología más corta (p. Ej., Pion por mesón pi), pero en el caso del muón, retuvo el nombre más corto y nunca más se le volvió a referir correctamente por los antiguos. terminología del "mesón mu".

El reconocimiento final del muón como un simple "electrón pesado", sin ningún papel en la interacción nuclear, parecía tan incongruente y sorprendente en ese momento, que el premio Nobel I. I. Rabi bromeó: "¿Quién ordenó eso?" ^[7]

En el experimento de Rossi-Hall (1941), se utilizaron muones para observar la dilatación del tiempo (o, alternativamente, la contracción de la longitud ) predicha por la relatividad especial , por primera vez. ^[8]

Fuentes de muones

Los muones que llegan a la superficie de la Tierra se crean indirectamente como productos de desintegración de las colisiones de los rayos cósmicos con las partículas de la atmósfera de la Tierra. ^[9]

Aproximadamente 10.000 muones alcanzan cada metro cuadrado de la superficie terrestre por minuto; estas partículas cargadas se forman como subproductos de los rayos cósmicos que chocan con moléculas en la atmósfera superior. Viajando a velocidades relativistas, los muones pueden penetrar decenas de metros en rocas y otras materias antes de atenuarse como resultado de la absorción o desviación de otros átomos. ^[10]

Cuando un protón de un rayo cósmico impacta en núcleos atómicos en la atmósfera superior, se crean piones . Estos se desintegran a una distancia relativamente corta (metros) en muones (su producto de desintegración preferido) y neutrinos muónicos . Los muones de estos rayos cósmicos de alta energía generalmente continúan aproximadamente en la misma dirección que el protón original, a una velocidad cercana a la de la luz . Aunque su tiempo de vida sin efectos relativistas permitiría una distancia de supervivencia media de solo unos 456 metros (2.197 µs × ln (2) × 0.9997 × c ) como máximo (como se ve desde la Tierra), el efecto de dilatación del tiempo de la relatividad especial(desde el punto de vista de la Tierra) permite que los muones secundarios de los rayos cósmicos sobrevivan al vuelo a la superficie de la Tierra, ya que en el marco de la Tierra los muones tienen una vida media más larga debido a su velocidad. Desde el punto de vista ( marco inercial ) del muón, por otro lado, es el efecto de contracción de la longitud de la relatividad especial lo que permite esta penetración, ya que en el marco del muón su vida útil no se ve afectada, pero la contracción de la longitud provoca distancias a través de la atmósfera y La Tierra es mucho más corta que estas distancias en el marco de reposo de la Tierra. Ambos efectos son formas igualmente válidas de explicar la inusual supervivencia del muón rápido en distancias.

Dado que los muones son inusualmente penetrantes de la materia ordinaria, como los neutrinos, también son detectables bajo tierra (700 metros en el detector Soudan 2 ) y bajo el agua, donde forman una parte importante de la radiación ionizante de fondo natural. Como los rayos cósmicos, como se señaló, esta radiación secundaria de muones también es direccional.

La misma reacción nuclear descrita anteriormente (es decir, impactos de hadrones-hadrones para producir haces de piones , que luego se desintegran rápidamente en haces de muones en distancias cortas) es utilizada por los físicos de partículas para producir haces de muones, como el haz utilizado para el experimento de muones g- 2. . ^[11]

Decaimiento de muones

La desintegración más común del muón.

Los muones son partículas elementales inestables y son más pesados ​​que los electrones y neutrinos, pero más livianos que todas las demás partículas de materia. Se descomponen a través de la interacción débil . Debido a que los números de familias leptónicas se conservan en ausencia de una oscilación inmediata de neutrinos extremadamente improbable , uno de los neutrinos producto de la desintegración del muón debe ser un neutrino de tipo muón y el otro un antineutrino de tipo electrónico (la desintegración de antimuón produce las antipartículas correspondientes, como se detalla debajo).

Debido a que la carga debe conservarse, uno de los productos de la desintegración del muón es siempre un electrón de la misma carga que el muón (un positrón si es un muón positivo). Por tanto, todos los muones se desintegran en al menos un electrón y dos neutrinos. A veces, además de estos productos necesarios, se producen otras partículas adicionales que no tienen carga neta y giro cero (por ejemplo, un par de fotones o un par electrón-positrón).

El modo de desintegración del muón dominante (a veces llamado desintegración de Michel en honor a Louis Michel ) es el más simple posible: el muón se desintegra en un electrón, un antineutrino electrónico y un neutrino muónico. Las antimuonas, en forma de espejo, con mayor frecuencia se desintegran en las antipartículas correspondientes: un positrón , un neutrino electrónico y un antineutrino muónico. En términos de fórmulas, estas dos desintegraciones son:

μ^-
→
mi^-
+ νmi + νμ

μ⁺
→ mi+ +
ν
_mi +
ν
_μ

La vida media, τ = ħ / Γ , del muón (positivo) es(2,196 9811 ± 0,000 0022 )  μs . ^[2] La igualdad de las vidas de los muones y antimuones se ha establecido en más de una parte de 10 ⁴ . ^[12]

Caries prohibidas

Ciertos modos de desintegración sin neutrinos están permitidos cinemáticamente pero, para todos los propósitos prácticos, están prohibidos en el Modelo Estándar , incluso dado que los neutrinos tienen masa y oscilan. Ejemplos prohibidos por la conservación del sabor de leptones son:

μ^-
→
mi^-
+
γ

y

μ^-
→
mi^-
+
mi⁺
+
mi^-
.

Para ser precisos: en el modelo estándar con masa de neutrinos, una desintegración como
μ^-
→
mi^-
+
γ
es técnicamente posible, por ejemplo, mediante la oscilación de neutrinos de un neutrino muón virtual en un neutrino electrónico, pero tal desintegración es astronómicamente improbable y, por lo tanto, no debería ser observable experimentalmente: menos de una de cada 10 ⁵⁰ desintegraciones muónicas deberían producir tal desintegración.

La observación de tales modos de descomposición constituiría una clara evidencia de teorías más allá del Modelo Estándar . Los límites superiores para las fracciones de ramificación de tales modos de desintegración se midieron en muchos experimentos que comenzaron hace más de 50 años. El límite superior actual para el
μ⁺
→
mi⁺
+
γ
La fracción de ramificación se midió en 2009-2013 en el experimento MEG y es de 4,2 × ^10-13 . ^[13]

Tasa de decaimiento teórico

Ver también: parámetros de Michel

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El ancho de desintegración del muón que se sigue de la regla de oro de Fermi tiene una dimensión de energía y debe ser proporcional al cuadrado de la amplitud y, por lo tanto, al cuadrado de la constante de acoplamiento de Fermi ( ), con una dimensión total de la cuarta potencia de energía inversa. Por análisis dimensional, esto conduce a la regla de Sargent de dependencia de la quinta potencia de m _μ , ^{[14] [15]}${\displaystyle G_{\text{F}}}$

${\displaystyle \Gamma ={\frac {G_{\text{F}}^{2}m_{\mu }^{5}}{192\pi ^{3}}}~I\left({\frac {m_{\text{e}}^{2}}{m_{\mu }^{2}}}\right),}$

donde , ^[15] y:${\displaystyle I(x)=1-8x-12x^{2}\ln x+8x^{3}-x^{4}}$

${\displaystyle x={\frac {2\,E_{\text{e}}}{m_{\mu }\,c^{2}}}}$ es la fracción de la energía máxima transmitida al electrón.

Las distribuciones de desintegración del electrón en las desintegraciones de muones se han parametrizado utilizando los denominados parámetros de Michel . Los valores de estos cuatro parámetros se predicen sin ambigüedades en el Modelo Estándar de física de partículas , por lo que las desintegraciones de muones representan una buena prueba de la estructura del espacio-tiempo de la interacción débil . Aún no se ha encontrado ninguna desviación de las predicciones del modelo estándar.

Para la desintegración del muón, la distribución de desintegración esperada para los valores del modelo estándar de los parámetros de Michel es

${\displaystyle {\frac {\operatorname {d} ^{2}\Gamma }{\operatorname {d} x\,\operatorname {d} \cos \theta }}\sim x^{2}[(3-2x)+P_{\mu }\cos \theta \,(1-2x)]}$

donde es el ángulo entre el vector de polarización del muón y el vector de impulso de electrones de desintegración, y es la fracción de muones que están polarizados hacia adelante. La integración de esta expresión sobre la energía de los electrones da la distribución angular de los electrones hijos:${\displaystyle \theta }$${\displaystyle \mathbf {P} _{\mu }}$${\displaystyle P_{\mu }=|\mathbf {P} _{\mu }|}$

${\displaystyle {\frac {\operatorname {d} \Gamma }{\operatorname {d} \cos \theta }}\sim 1-{\frac {1}{3}}P_{\mu }\cos \theta .}$

La distribución de energía electrónica integrada sobre el ángulo polar (válida para ) es${\displaystyle x<1}$

${\displaystyle {\frac {\operatorname {d} \Gamma }{\operatorname {d} x}}\sim (3x^{2}-2x^{3}).}$

Debido a que la dirección en la que se emite el electrón (un vector polar) se alinea preferentemente frente al espín del muón (un vector axial ), la desintegración es un ejemplo de no conservación de la paridad por la interacción débil. Esta es esencialmente la misma firma experimental que se utilizó en la demostración original . De manera más general, en el modelo estándar, todos los leptones cargados se desintegran a través de la interacción débil y también violan la simetría de paridad.

Átomos muónicos

El muón fue la primera partícula elemental descubierta que no aparece en los átomos ordinarios .

Átomos de muones negativos

Sin embargo, los muones negativos pueden formar átomos muónicos (antes llamados átomos mu-mesicos), reemplazando un electrón en átomos ordinarios. Los átomos de hidrógeno muónico son mucho más pequeños que los átomos de hidrógeno típicos porque la masa mucho mayor del muón le da una función de onda en el estado fundamental mucho más localizada que la observada para el electrón. En los átomos de varios electrones, cuando solo uno de los electrones es reemplazado por un muón, el tamaño del átomo sigue estando determinado por los otros electrones, y el tamaño atómico prácticamente no cambia. Sin embargo, en tales casos, el orbital del muón sigue siendo más pequeño y mucho más cercano al núcleo que los orbitales atómicos de los electrones.

El helio muónico se crea sustituyendo un muón por uno de los electrones del helio-4. El muón orbita mucho más cerca del núcleo, por lo que el helio muónico puede considerarse como un isótopo del helio cuyo núcleo está formado por dos neutrones, dos protones y un muón, con un solo electrón en el exterior. Coloquialmente, podría denominarse "helio 4,1", ya que la masa del muón es ligeramente superior a 0,1 amu . Químicamente, el helio muónico, que posee un electrón de valencia no apareado , puede unirse con otros átomos y se comporta más como un átomo de hidrógeno que como un átomo de helio inerte. ^{[16] [17] [18]}

Los átomos de hidrógeno pesados ​​muónicos con un muón negativo pueden experimentar fusión nuclear en el proceso de fusión catalizada por muones , después de que el muón puede dejar el nuevo átomo para inducir la fusión en otra molécula de hidrógeno. Este proceso continúa hasta que el muón negativo es capturado por un núcleo de helio y no puede escapar hasta que se descompone.

Los muones negativos unidos a átomos convencionales pueden ser capturados ( captura de muones ) a través de la fuerza débil de los protones en los núcleos, en una especie de proceso similar a la captura de electrones. Cuando esto sucede, se produce una transmutación nuclear : el protón se convierte en un neutrón y se emite un neutrino muón.

Átomos de muones positivos

Un muón positivo , cuando se detiene en la materia ordinaria, no puede ser capturado por un protón, ya que las dos cargas positivas solo pueden repeler. El muón positivo tampoco es atraído por el núcleo de los átomos. En cambio, se une a un electrón aleatorio y con este electrón forma un átomo exótico conocido como átomo de muonio (mu). En este átomo, el muón actúa como núcleo. El muón positivo, en este contexto, puede considerarse un pseudoisótopo de hidrógeno con una novena parte de la masa del protón. Debido a que la masa del electrón es mucho más pequeña que la masa tanto del protón como del muón, la masa reducida del muonio, y por lo tanto su radio de Bohr , es muy cercana a la del hidrógeno.. Por lo tanto, este par muón-electrón unido puede tratarse en una primera aproximación como un "átomo" de vida corta que se comporta químicamente como los isótopos del hidrógeno ( protio , deuterio y tritio ).

Tanto los muones positivos como los negativos pueden ser parte de un átomo pi-mu de vida corta que consta de un muón y un pión con carga opuesta. Estos átomos se observaron en la década de 1970 en experimentos en Brookhaven y Fermilab. ^{[19] [20]}

Uso en la medición del radio de carga del protón

Problema sin resolver en física :

¿Cuál es el verdadero radio de carga del protón?

(más problemas sin resolver en física)

Artículo principal: Rompecabezas de radio de protones

La técnica experimental que se espera que proporcione la determinación más precisa del radio de carga cuadrático medio del protón es la medición de la frecuencia de los fotones ("color" preciso de la luz) emitidos o absorbidos por las transiciones atómicas en el hidrógeno muónico . Esta forma de átomo de hidrógeno se compone de un muón cargado negativamente unido a un protón. El muón es particularmente adecuado para este propósito porque su masa mucho mayor da como resultado un estado unido mucho más compacto y, por lo tanto, una mayor probabilidad de que se encuentre dentro del protón en el hidrógeno muónico en comparación con el electrón en el hidrógeno atómico. ^[21] El turno de Lamben hidrógeno muónico se midió impulsando el muón desde un estado de 2 s hasta un estado de 2 p excitado usando un láser. En 2014 se informó que la frecuencia de los fotones requeridos para inducir dos de estas transiciones (ligeramente diferentes) era de 50 y 55 THz que, según las teorías actuales de la electrodinámica cuántica , arrojan un valor promediado de manera apropiada de0.840 87 ± 0.000 39  fm para el radio de carga del protón. ^[22]

El valor internacionalmente aceptado del radio de carga del protón se basa en un promedio adecuado de resultados de mediciones más antiguas de los efectos causados ​​por el tamaño distinto de cero del protón en la dispersión de electrones por los núcleos y el espectro de luz (energías de fotones) del hidrógeno atómico excitado. El valor oficial actualizado en 2014 es0.8751 ± 0.0061  fm (ver órdenes de magnitud para comparar con otros tamaños). ^[23] La precisión esperada de este resultado es inferior a la del hidrógeno muónico en aproximadamente un factor de quince, sin embargo, no están de acuerdo en aproximadamente 5.6 veces la incertidumbre nominal en la diferencia (una discrepancia llamada 5.6  σ en notación científica). Una conferencia de los expertos mundiales sobre este tema llevó a la decisión de excluir el resultado del muón de influir en el valor oficial de 2014, con el fin de evitar ocultar la misteriosa discrepancia. ^[24]Este "rompecabezas del radio del protón" seguía sin resolverse a finales de 2015, y ha atraído mucha atención, en parte debido a la posibilidad de que ambas medidas sean válidas, lo que implicaría la influencia de alguna "nueva física". ^[25]

Momento dipolar magnético anómalo

El momento dipolar magnético anómalo es la diferencia entre el valor observado experimentalmente del momento dipolar magnético y el valor teórico predicho por la ecuación de Dirac . La medición y predicción de este valor es muy importante en las pruebas de precisión de QED ( electrodinámica cuántica ). El experimento E821 ^[26] en el Laboratorio Nacional Brookhaven (BNL) y el experimento Muon g-2 en Fermilab estudiaron la precesión del espín del muón en un campo magnético externo constante cuando los muones circulaban en un anillo de almacenamiento confinado. La colaboración Muon g-2 informó ^[27] en 2021:

${\displaystyle a={\frac {g-2}{2}}=0.00116592061(41)}$.

La predicción del valor del momento magnético anómalo del muón incluye tres partes:

a _μ ^SM = a _μ ^QED + a _μ ^EW + a _μ ^tenía .

La diferencia entre los factores g del muón y el electrón se debe a su diferencia de masa. Debido a la mayor masa del muón, las contribuciones al cálculo teórico de su momento dipolar magnético anómalo de las interacciones débiles del Modelo Estándar y de las contribuciones que involucran hadrones son importantes en el nivel actual de precisión, mientras que estos efectos no son importantes para el electrón. El momento dipolar magnético anómalo del muón también es sensible a las contribuciones de la nueva física más allá del modelo estándar , como la supersimetría.. Por esta razón, el momento magnético anómalo del muón se usa normalmente como una sonda para nueva física más allá del Modelo Estándar en lugar de como una prueba de QED. ^[28] Muon  g −2 , un nuevo experimento en Fermilab utilizando el imán E821 mejoró la precisión de esta medición. ^[29]

En 2020, un equipo internacional de 170 físicos calculó la predicción más precisa del valor teórico del momento magnético anómalo del muón. ^{[30] [31]}

Momento dipolo eléctrico

El límite experimental actual en el momento dipolar eléctrico del muón , | d _μ | <1.9 × 10 ⁻¹⁹  e · cm establecido por el experimento E821 en el Laboratorio Brookhaven, es órdenes de magnitud por encima de la predicción del Modelo Estándar. La observación de un momento dipolar eléctrico de muones distinto de cero proporcionaría una fuente adicional de violación de CP . Se espera una mejora en la sensibilidad de dos órdenes de magnitud por encima del límite de Brookhaven a partir de los experimentos en Fermilab.

Tomografía y radiografía de muones

Artículo principal: tomografía de muones

Dado que los muones penetran mucho más profundamente que los rayos X o los rayos gamma , las imágenes de muones se pueden utilizar con material mucho más grueso o, con fuentes de rayos cósmicos, con objetos más grandes. Un ejemplo es la tomografía de muones comercial que se utiliza para obtener imágenes de contenedores de carga completos para detectar material nuclear protegido , así como explosivos u otro contrabando. ^[32]

La técnica de radiografía de transmisión de muones basada en fuentes de rayos cósmicos se utilizó por primera vez en la década de 1950 para medir la profundidad de la sobrecarga de un túnel en Australia ^[33] y en la década de 1960 para buscar posibles cámaras ocultas en la Pirámide de Chephren en Giza . ^[34] En 2017, se informó del descubrimiento de un gran vacío (con una longitud mínima de 30 metros) mediante la observación de muones de rayos cósmicos. ^[35]

En 2003, los científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos desarrollaron una nueva técnica de imagen: tomografía de dispersión de muones . Con la tomografía de dispersión de muones, se reconstruyen las trayectorias de entrada y salida de cada partícula, por ejemplo, con tubos de deriva de aluminio sellados . ^[36] Desde el desarrollo de esta técnica, varias empresas han comenzado a utilizarla.

En agosto de 2014, Decision Sciences International Corporation anunció que Toshiba le había adjudicado un contrato para el uso de sus detectores de rastreo de muones en la recuperación del complejo nuclear de Fukushima . ^[37] Se propuso que el Fukushima Daiichi Tracker (FDT) hiciera unos meses de mediciones de muones para mostrar la distribución de los núcleos del reactor.

En diciembre de 2014, Tepco informó que utilizarían dos técnicas diferentes de obtención de imágenes de muones en Fukushima, el "método de escaneo de muones" en la Unidad 1 (la más dañada, donde el combustible puede haber salido de la vasija del reactor) y el "método de dispersión de muones" en Unidad 2. ^[38]

El Instituto Internacional de Investigación para el Desmantelamiento Nuclear IRID en Japón y la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía KEK llaman al método que desarrollaron para la Unidad 1 el método de permeación de muones ; 1200 fibras ópticas para conversión de longitud de onda se iluminan cuando los muones entran en contacto con ellas. ^[39] Después de un mes de recopilación de datos, se espera revelar la ubicación y la cantidad de desechos de combustible que aún se encuentran dentro del reactor. Las mediciones comenzaron en febrero de 2015. ^[40]

Ver también

• Átomos muónicos
• Espectroscopia de espín de muón
• Fusión catalizada por muones
• Tomografía de muones
• Cometa (experimento) , en busca de la elusiva conversión coherente sin neutrinos de un muón en un electrón en J-PARC
• Mu2e , un experimento para detectar la conversión sin neutrinos de muones en electrones
• Lista de partículas

Referencias

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3. Patrignani, C .; et al. (Grupo de datos de partículas) (2016). "Revisión de la física de partículas" (PDF) . Física C china . 40 (10): 100001. Código Bibliográfico : 2016ChPhC..40j0001P . doi : 10.1088 / 1674-1137 / 40/10/100001 . hdl : 1983 / 989104d6-b9b4-412b-bed9-75d962c2e000 .
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enlaces externos

• Medios relacionados con Muons en Wikimedia Commons
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