뮤 입자

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달에의해 생긴 우주선의 그림자이다. 대기에서 우주선에 의해 만들어진 뮤온 입자들을 지상 700m의 높이에서 검출되는 것을 볼 수 있다.
뮤온
구성 기본입자
통계 페르미온
무리 렙톤
세대 2세대
반입자 반뮤온
발견 칼 데이비드 앤더슨(1936)
기호 μ
질량 1.883531475×10−28 kg[1]

105.6583715(35) MeV/c2[1][2]
0.1134289267(29) u[1][2]

평균 수명 2.1969811(22) μs[2]
전하 -1 e
스핀 1/2

뮤 입자(muon)는 렙톤의 3 세대중 두 번째 세대의 전하를 띤 기본입자이다. 뮤 입자는 전자와 같이 기본 입자중 하나이며, 전자와 같이 전하가 -e 이며 스핀은 1/2이다. 하지만 전자보다 큰 질량을 갖고있다. 전자와 같이 경입자로 분류된다. 다른 경입자들과 마찬가지로 뮤온도 하부구조를 가지지 않는 기본 입자로 여겨진다.

뮤 입자은 수명이 2.2마이크로초(μs)밖에 되지않는 불안정한 아원자 입자이다. 비교적 수명이 긴 중성자를 제외하고 나머지 아원자 입자는 불안정하여 수명이 짧아 빨리 붕괴한다. 뮤 입자의 붕괴는 약한 상호작용을 통해 일어난다. 뮤 입자의 붕괴는 항상 적어도 세가지 입자들을 동반하는데, 이는 뮤 입자과 전하량이 같은 전자와 전하를 띄지않는 서로다른 두 종류의 중성미자이다.

다른 기본 입자와 마찬가지로 뮤 입자도 질량과 스핀은 같지만 전하량이 반대(+e)인 짝 반입자를 가지고 있다. 뮤 입자의 짝 반입자는 반 뮤 입자(antimuon)이라고 부룬다. 뮤 입자는 μ- 로 표기하지만 반 뮤 입자는 μ+ 라고 표기한다. 뮤 입자는 과거에 뮤 중간자 라고 불렸지만 현재에는 그렇게 부르지 않는다.

뮤 입자의 질량은 105.7MeV/c2 이며, 이는 전자의 207배 이다. 질량이 큰 탓에 뮤 입자는 전기장 내에서 쉽게 가속되지 않으며, 제동 복사를 많이 발산하지 않는다. 이러한 성질 때문에 뮤 입자는 매질 내부를 전자보다 더 멀리 투과할 수 있다. 또한 이 성질로 인해 대기에서 우주선에 의해 생긴 뮤 입자가 지표면에 도달하거나 지하까지 투과할 수 있는 것이다.

뮤 입자는 붕괴 에너지와 비교해서 매우 큰 질량을 가지고 있기 때문에 방사성 붕괴로 만들어 낼 수 없다. 하지만 가속기 내에서 경입자의 충돌이라던가 대기와 우주선의 상호작용 같은 일반적인 고에너지 입자 사이의 상호작용에서는 수많은 양의 뮤 입자가 생겨난다. 이런 상호작용은 처음엔 파이 중간자를 만들어 내는데, 이 입자는 대체로 뮤 입자로 붕괴된다.

역사[편집]

뮤 입자는 1936년 칼 데이비드 앤더슨세스 네더마이어우주선를 연구하던 중 발견하였다. 앤더슨은 자기장내에서 전자와 같이 알려진 입자들과는 다르게 휘는 입자를 발견했다. 이 입자는 음전하를 띄었고, 자기장에 같은 속도로 입사된 전자보다는 적게 휘었고 양성자보다는 많이 휘었다. 휘는 방향과 정도를 보아 이 입자는 전자와 같은 전하를 띄고 있으며, 전자보다 무겁지만 양성자보다는 가볍다고 추측되었다. 그래서 앤더슨은 이 입자에 그리스어로 "mid-"의 의미를 갖는 접두사인 meso- 를 붙여서 mesotron 이라는 이름을 붙였다. 뮤 입자는 1997년 J. C. Street과 E. C. Stevenson의 안개상자 실험으로 존재가 입증되었다.

성질[편집]

뮤온의 붕괴실험에 의해 표준모형의 가장 중요한 변수인 페르미 결합상수를 측정할 수 있다. 이는 표준모형 이론과 비교할 수 있는 가장 정확한 실험이다. 99.9%이상의 붕괴형태가 전자전자 반중성미자 뮤온 중성미자이기 때문이다.

뮤온의 평균 수명은 약 2.2 마이크로초이며, 질량은 약 0.11 원자 질량 단위다.

참고 문헌[편집]

  1. Mohr, Peter J.; Barry N. Taylor, David B. Newell (2010년 11월 13일). “CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2010”. 《Reviews of Modern Physics》 84 (4): 1527–1605. arXiv:1203.5425. Bibcode:2012RvMP...84.1527M. doi:10.1103/RevModPhys.84.1527. 
  2. Beringer, J.; et al. (2012). “Review of Particle Physics”. 《Phys. Rev. D》 86: 010001. doi:10.1103/PhysRevD.86.010001. 
  • J. C. Street and E. C. Stevenson, "New Evidence for the Existence of a Particle Intermediate Between the Proton and Electron", Physcal Review 52, 1003 (1937).

같이 보기[편집]