Κατανοώντας Τη Διάσπαση Του Μιονίου

(Αρχικό ποστ : Understanding Muon Decay, March 4th 2010)

Πριν συζητήσουμε το πώς ακριβώς επιλέγει το μιόνιο πότε και πώς να διασπαστεί, επιτρέψτε μου να κάνω μερικά σχόλια γι’ αυτό το συναρπαστικό σωματίδιο, συγκρίνοντας την φαινομενολογία του με αυτή του ηλεκτρονίου.

Μιόνια εναντίον Ηλεκτρονίων

Το μιόνιο είναι ένας βαρύτερος συγγενής του ηλεκτρονίου. Έχει το ίδιο φορτίο και την ίδια δομή ενός στοιχειώδους λεπτονίου, αλλά η μάζα το μόνο πράγμα που το διαφοροποιεί από το ηλεκτρόνιο (το άλλο είναι η «μιονιότητα», που δεν ισχύει σ’αυτήν την περίπτωση) αλλάζει το μεγαλύτερο μέρος της φαινομενολογίας του. Τόσο σημαντική είναι η μάζα!

Η μάζα του ηλεκτρονίου είναι 0.511 MeV, η μάζα του μιονίου είναι 105 MeV: ένας λόγος  1:200 υπέρ του δευτέρου. Επιτρέψτε μου να σας εξηγήσω ποιες είναι οι συνέπειες αυτού του λόγου στην παρακάτω λίστα.

1. Το ηλεκτρόνιο δεν έχει τίποτα ελαφρύτερο στο οποίο να διασπαστεί: όντας το ελαφρύτερο ηλεκτρικά φορτισμένο φερμιόνιο, είναι καταδικασμένο να ζει για πάντα. Το μιόνιο,  αντιθέτως, μπορεί να μετατραπεί σε ένα ηλεκτρόνιο (στην ουσία θα συζητήσω την διαδικασία με περισσότερες λεπτομέρειες παρακάτω). Η διαθέσιμη ενέργεια της αντίδρασης  είναι ο παράγοντας που προσδιορίζει τη διάρκεια ζωής του: 2.2 μικροδευτερόλεπτα. Επομένως το ηλεκτρόνιο είναι αιώνιο, ενώ το μιόνιο είναι ασταθές. Το σύμπαν θα ήταν ένα εντελώς διαφορετικό μέρος αν τα μιόνια ήταν τόσο σταθερά όσο τα ηλεκτρόνια!

2. Όταν κατέχει ενέργεια ύψους από  ενός MeV εώς λίγα GeV το ηλεκτρόνιο είναι ήδη σχετικό (ταξιδεύει με ταχύτητα φωτός: 297,000 χιλιόμετρα, ή μόνο μερικά εκατοστά λιγότερο από αυτήν, το δευτερόλεπτο), ενώ στην ίδια ενέργεια το μιόνιο είναι πολύ λιγότερο σχετικό. Το γεγονός αυτό  έχει πολλά σημαντικά φαινομενολογικά αποτελέσματα, αλλά αν αναφερθώ σε αυτά θα παμε πολύ μακρυά για σήμερα.

3. Το ηλεκτρόνιο ακτινοβολεί bremsstrahlung φωτόνια πολύ πιο εύκολα από ένα μιόνιο ίσης ενέργειας. Ας πάρουμε για παράδειγμα ένα W μποζόνιο παραγόμενο σε μια σύγκρουση του LHC: αν το W διασπάστει σε ενα ηλεκτρόνιο/νεουτρίνο ζευγάρι, το ενεργειακό ηλεκτρόνιο θα έχει την τάση να ακτινοβολεί φωτόνια οποτεδήποτε διασχίζει το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο των ατόμων που διαπερνά.

Στην ίδια ενέργεια, το μιόνιο, έχοντας 200 φορές μεγαλύτερη μάζα, υπόκειτε σε μείωση 1,6 δισ. φορές μικρόπτερης ενέργειας για ακτινοβολεία στην ίδια ενεργεία. Αυτό έχει σημαντικές συνέπειες για την ανακάλυψη των ηλεκτρνίων και των μιονίων: η πιο εμφανείς από αυτές είναι πως τα ηλεκτρόνια αντιδρούν μέσα στη συμπαγή ύλη παράγοντας μια βροχή δευτερεύοντων, όπως έχω αναφέρει  ξανά εδώ; τα μιόνια, σε αντίθεση, περνούν σχεδόν απρόσκοπτα δια μέσου μεγάλων ποσοτήτων ύλης.

(Συνεχίζεται…)

About qdsgreek

Greek version of "A Quantum Diaries Survivor" blog
This entry was posted in Θεωρία. Bookmark the permalink.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s