Determinación de la vida útil de los muones

Mis colegas y yo realizamos varios experimentos para determinar la vida útil del muón (a partir de rayos cósmicos secundarios) utilizando detectores de centelleo acoplados a analizadores multicanal. Los resultados mostraron invariablemente una vida útil del muón inferior a los 2,2 microsegundos estándar. Aparte de las malas estadísticas y suponiendo que no haya fallas en el equipo utilizado, ¿qué otros factores podrían ser responsables de la discrepancia?

¿Puedes haberlo confundido con el pión cargado cuya vida útil es 100 veces más corta? ;-) ¿Está permitida esta posibilidad?
Esta podría ser una posibilidad en un caso general, pero los resultados aquí no mostraron tanta desviación. La vida útil medida fue de alrededor de 1,6 microsegundos. ¿Sería posible que el muón y su antipartícula interactúen de manera diferente con un material centelleador? :-)
Seguramente interactúan de manera diferente con cualquier materia: muon es un hermano, antimuon es un enemigo, pero supongo que sabes cómo medir la ubicación usando el scientilator independientemente de los detalles de las interacciones.
La contaminación de piones debe ser bastante pequeña. Si lo tiene, obtendrá un promedio ponderado de la mayoría de los muones con algunos piones.
Di algunas palabras más sobre la medición de tiempo que estás haciendo. ¿Si este es un experimento de coincidencia retrasada que se basa en el pico de electrones de Michel para identificar el evento retrasado (el análisis habitual de muones de parada)? Si es así, ¿cuál es su tasa total de eventos (es decir, podría estar identificando erróneamente su evento puntual)? ¿Cómo estás calibrando tu escala de energía? ¿Qué amplitud tiene la ventana de energía del evento retrasado? ¿Cómo está calibrando o verificando su medición de tiempo? Siempre se dedican más energía y horas de físico a calibrar y verificar su equipo y configuración que a realizar la medición.
Es cierto que el flujo predominante al nivel del mar son los muones, pero incluso una pequeña contaminación de piones reducirá la vida útil, como ha observado Lubos. ¿Estás bajo tierra o protegido de los piones? Uno necesita ver el montaje experimental.

Respuestas (2)

Como usted sugirió en su comentario, el m − y m + que se detienen en la materia no tienen las mismas vidas. El m + vienen a descansar entre los átomos de su tapón (por ejemplo: centellador?) y se descomponen en v m mi + v mi con la vida útil estándar de 2,2 usec. sin embargo, el m − ser capturado en órbitas de Bohr sobre los núcleos de tapón. El m − luego pasa a la órbita n=1 L=0 emitiendo electrones Auger y rayos X. En esta órbita más cercana hay una superposición entre el m − función de onda y el núcleo, y por lo tanto una cierta velocidad para interactuar con los protones y neutrones. Entonces, la tasa de decaimiento vista del m − es una suma de la tasa de interacción nuclear y la tasa de descomposición natural del muón.

1 τ S mi mi norte = 1 τ norte tu C yo mi a r + 1 τ norte a t tu r a yo
La tasa de interacción nuclear aumenta con la Z del núcleo porque los radios orbitales son más pequeños y hay más nucleones a medida que aumenta Z. las vidas τ norte tu C yo mi a r ≈ τ norte a t tu r a yo para Z ≈ 10 . Hay una extensa revisión de todo esto en Physics Reports 354 (2001) 243-409 . La tabla 4.2 muestra algunos τ S mi mi norte para m − deteniéndonos en diferentes elementos.

En resumen, su número de decaimientos frente al tiempo es la suma de dos exponenciales. Uno para m + con una vida útil de 2,2 usec, y uno para m − con una vida útil menor que depende de los elementos de su tapón. La relación entre el número de muones positivos y muones negativos al nivel del mar en los rayos cósmicos es de aproximadamente 1,2. Es razonable que esté midiendo <2.2 usec para la vida útil total, pero para el sentido cuantitativo tendrá que ajustar dos exponenciales y usar el τ norte tu C yo mi a r para sus elementos de tapón.

Sé que se le pregunta explícitamente sobre respuestas no relacionadas con el equipo. Pero cuando aprendí algo de la física experimental, entonces siempre debes considerar las fallas del equipo.

Podría imaginar un escenario en el que los eventos en los que se dispara para iniciar/detener el reloj tienen diferentes tiempos de subida dependiendo de dónde tengan lugar en el centelleador, creando un error de observación.

Otra cosa que podría verificar es que sus tiempos de vida medidos se distribuyen normalmente. Si no lo son, puede pensar en cosas como aplicar una transformación de potencia a sus datos.

El uso de discriminadores de fracciones constantes reducirá drásticamente la sistemática relacionada con el tiempo de subida. Por supuesto, son más caros.
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