Muon - Définition

Introduction

Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à deux particules élémentaires de charge positive et négative. Les muons ont une masse 207 fois plus grande que celle de l'électron (c'est pourquoi on l'appelle aussi électron lourd) (105,66 MeV) et possèdent un spin 1/2. Les muons, tout comme les électrons, appartiennent à la même famille de fermions, les leptons. Les muons sont notés μ^- ou μ⁺ suivant leur charge électrique.

Sur Terre, les muons sont produits par la désintégration de pions chargés. Les pions sont créés dans la haute atmosphère par des rayons cosmiques et ont un temps de vie faible (environ deux microsecondes). Cependant, les muons ont une grande énergie, ainsi l'effet de dilatation temporelle décrite par la relativité restreinte les rend observables à la surface de la Terre.

Tout comme pour le cas des électrons, il existe un neutrino muonique qui est associé au muon. Les neutrinos muoniques sont notés par ν_μ.

Les muons positifs peuvent former une particule appelée le muonium, ou μ⁺e^–. À cause de la différence de masse entre le muon et l'électron, le muonium ressemble plus à un atome d'hydrogène que le positronium.

La masse du muon est voisine de celle du pion.

Histoire

Les muons furent découverts par Carl David Anderson et son assistant Seth Neddermeyer, au Caltech, en 1936, alors qu'ils travaillaient sur les rayons cosmiques. Ils remarquèrent des particules dont la trajectoire s'incurvait de manière distincte de celle des électrons et des autres particules connues, lorsqu'elles étaient soumises à un champ magnétique. Ces nouvelles particules portaient une charge électrique négative mais leur trajectoire était moins incurvée que celle des électrons mais plus incurvée que celle des protons à vitesse égale. On supposait que leur charge électrique négative était égale à celle de l'électron et qu'étant donné la différence de courbure de la trajectoire, on devait en déduire qu'elles avaient une masse intermédiaire à celle de l'électron et du proton.

C'est pour celà qu'Anderson nomma d'abord cette particule mesotron, dont le préfixe meso- venant du grec signifie "intermédiaire". Comme peu après d'autres particules de masses intermédiaires furent découvertes, le terme générique de meson fut adopté pour nommer de telles particules. Face au besoin de les différencier, le mesotron fut renommé mu meson (avec la lettre grecque μ (mu) utilisée pour ressembler au son de la lettre latine m).

Cependant on découvrit bientôt que le mu meson différait de manière significative des autres mésons; par exemple ses produits de désintégration comprenaient un neutrino et un antineutrino, en lieu et place de l'un ou de l'autre, comme on l'observait pour les autres mésons, ceux-ci étant des hadrons, particules formées de quarks et donc sujettes à des interactions fortes. Dans le modèle de quark, un meson est composé d'exactement deux quarks (un quark et un anti-quark), à la différence des baryons qui sont composés de trois quarks. On découvrit, cependant, que les mu mesons étaient des particules fondamentales (leptons) comme les électrons, sans structure de quark. Ainsi les mu mesons n'étant pas du tout des mésons (au sens nouvellement défini du terme méson), le terme mu meson fut abandonné et remplacé par la nouvelle appellation de muon.