中国科学技术大学：《Muon物理》课程教学讲稿（技术及其应用）第一讲 Muon的基本慨况（主讲：陈祥磊）μ（muon）子简介

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μ（muon) 子简介 陈祥磊

North Eas 8 美国明尼苏达州矿井地下700米处的探测器经过超过10年的 测量，测得了33 million个u*事件，中间的月亮轮廓是均匀背 景下120个缺失造成的。十字处是真实的月亮位置，带电 粒子（主要是质子）在地球磁场作用下偏转而造成了月亮轮 廓的偏移。这些带电粒子在地球大气层上方与原子碰撞产生 次级如+和其他短寿命粒子

v 美国明尼苏达州矿井地下700米处的探测器经过超过10年的 测量，测得了33million个μ +事件，中间的月亮轮廓是均匀背 景下120个μ +缺失造成的。十字处是真实的月亮位置，带电 粒子（主要是质子）在地球磁场作用下偏转而造成了月亮轮 廓的偏移。这些带电粒子在地球大气层上方与原子碰撞产生 次级μ +和其他短寿命粒子

u发现历史 ÷1936年，arlD.Anderson ,在研究宇宙射线 时发现了一种在磁场中行为不同于电子和其 它己知带电粒子的新粒子。这种粒子带一个 单位负电荷，质量介于电子和质子之间。 Aberystwith 1937I

μ发现历史 v 1936年， Carl D. Anderson 在研究宇宙射线 时发现了一种在磁场中行为不同于电子和其 它已知带电粒子的新粒子。这种粒子带一个 单位负电荷，质量介于电子和质子之间

Elementary Particles syJeno t Up cherm top d b 8 down strange bottom gluon Ve Z elecon 方门 tau neutnno sewt七nno nouerno Zboso e μ T W electron muon tau 0 Three Families of Matter

μ子性质 成分 基本粒子 electron 家庭 费密子 0 类 轻子 产生 次级粒子 muon 作用类型 引力，电磁，弱相互作用 反粒子 μ 发现者 Carl D.Anderson,1936 符号 质量 105.658369(9)MeV/g proton 平均寿命 2.19703(4)×10s(2.2μs) 电荷 +1e 颜色 None 自旋

μ 子性质 成分 基本粒子 家庭 费密子 类 轻子 产生 次级粒子 作用类型 引力，电磁，弱相互作用 反粒子 μ - 发现者 Carl D. Anderson, 1936 符号 μ + 质量 105.658369(9) MeV/c 2 平均寿命 2.19703(4)×10-6 s（2.2 μ s) 电荷 +1 e 颜色 None 自旋 ½

u子来源 。在地球上，所有自然存在的μ子都是由来自 宇宙深处的带着很高能量的宇宙射线（大部 分为质子)产生的。 ÷地球表面每平方米内每分钟大约有10000个u 子到达。这些带电粒子由宇宙射线与外层大 气分子碰撞产生。以相对论速度运动的μ子能 够贯穿数十米岩石和其他物质，在它们被其 它原子吸收和反射之间

μ 子来源 v 在地球上，所有自然存在的μ 子都是由来自 宇宙深处的带着很高能量的宇宙射线（大部 分为质子）产生的。 v 地球表面每平方米内每分钟大约有10000个μ 子到达。这些带电粒子由宇宙射线与外层大 气分子碰撞产生。以相对论速度运动的μ子能 够贯穿数十米岩石和其他物质，在它们被其 它原子吸收和反射之间

线粒子 主要是由质子、 氦核、铁核等裸原子核组成的 宇高中和宇要 宙能微调宙有 子流；也含有中性的珈玛射线和能穿过地球的 流。它们在星系际银河和太阳磁场中得到加速 其中一 些最终穿过大气层到达地球。人类对 线作微观世界的研究过程中采用的观测方式主 玩 种，即： 空间观测、地面观测、地下（或水 当宇宙射线中的高能质子碰撞上层大气中的原子时 介子被产生，然后再以相对论速度运动数米后衰变为 u子（介子的主要衰变道）和中微子。 既然μ子像中微子一样对普通的物质具有穿透性，他 们同样可以在地下和水下深处被探测，在那儿他们构 成了自然背景电离辐照的主要部分

v 宇宙线主要是由质子、氦核、铁核等裸原子核组成的 高能粒子流；也含有中性的珈玛射线和能穿过地球的 中微子流。它们在星系际银河和太阳磁场中得到加速 和调制，其中一些最终穿过大气层到达地球。人类对 宇宙射线作微观世界的研究过程中采用的观测方式主 要有三种，即：空间观测、地面观测、地下（或水 下）观测。 v 当宇宙射线中的高能质子碰撞上层大气中的原子时， 介子被产生，然后再以相对论速度运动数米后衰变为 μ 子（介子的主要衰变道）和中微子。 v 既然μ 子像中微子一样对普通的物质具有穿透性，他 们同样可以在地下和水下深处被探测，在那儿他们构 成了自然背景电离辐照的主要部分

冬像上面描述的核反应同样被粒子物理学家用 来产生子束 ÷在自然产生的子中，非常高能的质子被认为 被恒星间和星系间的电磁场加速。在人工下 类似的质子加速机制被实验室的粒子加速器 采用

v 像上面描述的核反应同样被粒子物理学家用 来产生μ子束。 v 在自然产生的μ子中，非常高能的质子被认为 被恒星间和星系间的电磁场加速。在人工下 类似的质子加速机制被实验室的粒子加速器 采用

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u子衰变道 ->e + e u-W + e ve 十 The most common decay of the muon involves a W boson

μ 子 衰变道 e e m n n m - - ® + + e e v m n m + + ® + +