Myon

Dat Myon is en Elementardeelken vun de Physik, dat vergliekbor mit dat Elektron is, aver en düütlich gröttere Masse (105,6 MeV/c² an Steed vun 0,511 MeV/c²) opwiest.

So as dat Elektron is dat Myon mit en Elementarladung negativ laadt un hett en halftalligen Spin. Beide Deelken sünd vun de Swacken Wesselwirken bedrapen, nich aver vun de Starken. Se sünd na’t Standardmodell vun de Elementardeelkenphysik verwandt un höört to de Klass vun de Leptonen un dormit to de Fermionen. De Ünnerscheed is, dat de Elektronen to de eersten Familie vun de Leptonen tellt, wiel de Myonen de tweeten Familie anhöört. Dat entspreken Deelken vun de drüdden Familie is dat so nöömte Tau-Lepton, dat ok al nawiest worrn is. Dat Antideelken vun’t Myon is dat positiv laadte Myon, dat as Antimyon ${\displaystyle \mu ^{+}}$ betekent warrt. Myonen weern 1936 vun Carl D. Anderson bi’t Ünnersöken vun kosmische Strahlen opdeckt. Künstlich kann een jem in Hoochenergie-Gaumakers tügen.

Myonen höört to de Hööftbestanddeelen vun de sekundären kosmisch Strahlen. Dat bedüüt, dat se in 9 km^[1] bit 12 km^[2] Hööch (sünners in ruchweg 10 km^[3]) dör Reakschonen vun de egentlichen (primären) kosmisch Strahlen mit Atomkarns (sünners Protonen) un Molekülen vun de Atmosphäär. Dorbi warrt toeerst Pionen un to’n lütteren Deel Kaonen tüügt. Bi’n Verfall vun disse kortlevigen Deelken dör de swacke Wesselwirken entstaht ünner annern Myonen un Myonneutrinos. Wegen de relativistischen Tietverlängern künnt se bit na de Eerdböverflach kamen, liekers dat se blots ein korte Halfsweertstiet hebbt. Ahn dissen relativitischen Effekt harrn de Deelken en Reckwiet vun blots 600 m.^[4]

In en Experiment vun Bruno Rossi un D. B. Hall is de Tall vun de Myonen, de in verschedene Hööch ankamt, meten worrn. Dör en sünnere Anorden vun Filters kann een disse Meten op Myonen beschränken, de sik mit 99,94 % vun de Lichtsnelligkeit bewegt. De Vergliek vun de Tallen kann dortu bruukt warrn, de Halfweertstiet vun de gau bewegten Myonen aftoleiden. De is mit 1,3 · 10⁻⁵ s veel höger as de Halfweertstiet vun Myonen, de in Roh sünd (1,5 · 10⁻⁶ s). De gau bewegten Myonen verfallt also langsomer as de nich bewegten. Dat gellt as Nawies för de Tietverlängern (kiek ok bi Lorentzkuntrakschoon).

De Flaatdicht vun kosmische Myonen bedriggt op Seehööch üm un bi 0,01 cm⁻²·s⁻¹, wobi de Proportschoon vun µ⁺/µ⁻ bi ruchweg 1,2 liggt.

Dat fre’e Myon verfallt na dat Feymann-Diagramm in de Afbilln rechts in en Myonneutrino, en Antielektronneutrino un en Elektron.^[5].

${\displaystyle \mu ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+\nu _{\mu }}$

Dat Antimyon verfallt analog, blots dat dorbi jümmers de Antideelken dorto entstahht. Na’t Standarmodell warrt de Myonverfall över en W-Boson vermiddelt.

Butendem kann bi’n Verfall noch Gammastrahlen (Photonen) tüügt warrn (Wohrschienlichkeit: 1,4±0,4 %),

${\displaystyle \mu ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+\nu _{\mu }+\gamma }$

oder en Elektron-Positron-Poor (Wohrschienlichkeit: 3,4±0,4·10^-5)^[6]:

${\displaystyle \mu ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+\nu _{\mu }+e^{+}+e^{-}}$

Ut Experimenten is de middlere Levensduer vun’t positive Myon bestimmt worrn. Se bedriggt dorna 2,19703 ± 0,00004 µs. Dat negative Myonhett in Materie en tosätzlichen Verfallskanaal jüst so as de K-Infang dör en Proton, wodör dat to en Neutron un en Myonneutrino reageert. Dorüm is de experimentell bestimmbore middlere Levensduer vun’t negative Myon ruchweg een Promill lütter as de vun’t positive Myon.^[7]

Myonen sünd sünners goot dorför egent, fundamentale Kräft in de Physik mit gröttste Nauigkeit to ünnersöken. Na’t Hüütige Standardmodell warrt Leptonen as punktförmig ansehn. Dormit künnt jemehr Egenschoppen bannig nau inn Rahmen vun de Quantenelektrodynamik utrekent warrn. Dat Inwirken vun annere Kräft as de elektromagneetsche is lütt, aver as virtuelle Deelken to sehn, de üm dat Myon rüm sünd. Dat föhrt to en Afwieken vun de magneetschen egenschoppen vun’t Myon.

En Präzisionsmeten vun disse magneetschen Anomalie is an’t Brookhaven National Laboratory^[8] vun en internatschonalen Arbeitsgrupp üm dat Johr 2000 rüm maakt worrn. Schüll dat noch annere Deelken geven, de opstunns noch nich bekannt sünd un de bito keen all to grote Massen hebbt, denn müss man jem in de magneetschen Anomalie vun’t Myon marken künnen. Dat Experiment hett aver keen grote Afwieken geven, so dat dormit dat Standardmodell vun de Deelkenphysik bestätigt worrn is. De magneetsche Anomalie vun’t Myon warrt ok g-2-Weert nöömt un is en Weert, an den sik all Theorien to de Deelken meten laten mööt.

Myonen – anners as Antimyonen – künnt vun wegen jemehr Ladung as Elektronen an’n Atomkarn bunnen warrn. De Bohrsche Radius to de „Myonbahn“ üm den Atomkarn is aver in Proportschoon to de Masse vun Elektron un Myon veel lütter. De Folg dorvun is, dat Myonen veel starker bunnen warrn künnt as de Elektronen. Normalerwies geht de Myonen aver al kort na’n Infang in en 1s-Tostand över. Bi swore Atomkarns liggt en groten Deel vun de Myon-Opentholtswohrschienlichkeit in’n Atomkarn, vun wegen dat de Bahnradius so lütt is. Dor kann dat denn to’n inversen Betaverfall kamen, bi den dat Myon absorbeert warrt un en Proton in en Neutron ümwannelt warrt. Tosätzlich entsteiht dorbi en Neutrino un mööglicherwies ok en oder mehrere Gammaquanten. De Atomkarn, de dorbi tostannen kummt is in vele Fäll radioaktiv. Wenn de Karn dorna wedder en normalen Betaverfall dörlöppt, warrt dorbi de Originalkarn wedder herstellt.

En bunnen Myon hett wegen sien tostäzlichen Reakschoonswohrschienlichkeit en düütlich lüttere Levensduer, as t. B. 0,163 µs in Kopper. Dat warrt ok för de Myonen-Spin-Analyys nütt. As dat bunnen Myon en Deel vun de Karnladung afschirmt, verschuuvt sik ok de Energieniveaus vun de bunnen Elektronen. In en myonsch Atom künnt sik aver ok en Myon un twee Elektronen – also beide to glieken Tiet – in een 1s-Tostand ophollen. Dat Verbott na dat Pauli-Prinzip, dat sik nich twee Fermionen in een un dat sülve System in’n glieken Tostand ophollen künnt, gellt nich för verschedene Deelken as Elektronen un Myonen.

Dat bunnen Myon steiht as eenzigen tosätzlichen Verfallsweg – also blangen all de annern de annern Verfallskanaals, dat ok dat fre’e Myon hett – de Karninfang apen. För swore Karns is Karninfang de bestimmen Vörgang. Na wietere Verfallsorden warrt to Tiet söcht, as to’n Bispeel de so nöömte Myon-Elektron-Ümwanneln: ${\displaystyle \mu ^{-}+Z\ \rightarrow \ e^{-}+Z}$. Dat weern eendüdige Teken vun de so nöömten Ne’en Physik, wat so veel heet as, dat disse Vörgang in’t Standardmodell vun de Deelkenphysik nich vörsehn is.

Antimyonen künnt mit jemehr positiven Ladung dorgegen sülvst en Elektron infangen, jüst so as de Protonen un de Positronen. Dorbi entsteiht en exotisch Atom, dat Myonium nöömt warrt

Wenn en Myon in en Deuterium- oder in en Deuterium-Tritium-Molekül (D₂ oder DT) infungen warrt, gifft dat en positiv myonsch Molekülion, vun wegen dat de teemlich grote Binnenergie vun’t Myon de beiden Elektonen vun’n Molekül freesetten deit. In die myonsche Molekül-Ion sünd de beiden Atomkarns ruchweg 200 mol dichter bi’nanner as in en elektroonsch Molekül. Dordör warrt över den Tunneleffekt de Karnfusion mööglich. De bannig grote Energie, de bi de Fusion freesett warrt (bi D+D ungefähr 3 MeV, bi D+T 14 MeV) sett ok dat Myon wedder free, dat afhangig vun de Bedingen in de Ümgegend wiel sien Levensduer vele wietere enkelte Fusioen in Gang setten kann (in de Gröttenornen 100).

Üm mit disse myonsch katalyseerten Karnfusion Nüttenergie to maken, müss man ut de ruchweg 100 enkelten Fusionen mehr Energie winnen künnen, as to’n Tügen vun’t Myon nödig is. De Wirkungsgraden, de bit hüüt in Gaumakeranlagen tostannen kamt, de ok in de Laag sünd, Myonen to tügen, reckt dorför aver nich ut.

De Myonen-katalyseerte Fusion is ok ünner den Begreep Kole Fusion bekannt. Se is to’n eersten mol vun Andrei Sacharow vörslahn worrn.

Mit Help vun Myonen is dat mööglich, gröttere Objekten to dörlüchten. Bruukt warrt dorför de Myonen ut de kosmischen Strahlen, de jemehr Absorptschoon meten warrt. So is in de 1960er Johren de Chephren-Pyramid vun Luis Alvarez dörlücht worrn. In jüngerer Tiet is de Iwodake-Vulkan dörlücht worrn, womit de Vedeelen vun de Dicht in’n Vulkan afleidt warrn künn.^[9]

• Videos ut Vorlesen an de Universität Tübingen över Tietverlängern un u. a. över dat Myon

1. ↑ Bachelorarbeit: Sekundärdeelkenverfall
2. ↑ Levenduer vun Myonen – Hööch vun’t Enstahn
3. ↑ TU Darmstadt Hööch vun’t Entstahn
4. ↑ Roman Sexl & Herbert K. Schmidt: Raum-Zeit-Relativität, S. 82–85, 1979, Vieweg, Bronswiek, ISBN 3-528-17236-3
5. ↑ ^{a b} In’t Diagramm is as Verfallsprodukt en Neutrino intekent, dat in de Tiet torüch löppt. Dat steiht för en Antineutrino.
6. ↑ J. Beringer et al. (Particle Data Group), PR D86, 010001 (2012), http://pdg.lbl.gov
7. ↑ S. L. Meyer, E. W. Anderson, E. Bleser, I. M. Lederman, J. L. Rosen, J. Rothberg & I. T. Wang: Precision Lifetime Measurements on Positive and Negative Muons in: Physical Review, Bd. 132 (6), 1963, S. 2693–2698, DOI 10.1103/PhysRev.132.2693 (engelsch)
8. ↑ [http://www.g-2.bnl.gov/index.shtml Ernst Sichtermann op The E821 Muon (g-2) Home Page, afropen an’n 8. Juni 2009 (engelsch)
9. ↑ Blick in den Schlund in: Bild der Wissenschaft, Bd. 10, 2009, S. 61f online