الميوون أوالميون (بالإنجليزية: Muon)‏ (من الحرف اليوناني مو(μ) المستعمل لتمثيله) هوجسيم أولي مشابه للإلكترون بشحنة كهربائية سالبة ودوران مغزلي ¹⁄₂. ينضم الميوون بالإضافة إلى الإلكترون والتاوون والنيوترينوات الثلاثة في عائلة الليبتون (عائلة الجسيمات الخفيفة). وهوجسيم دون ذري وغير مستقر، يتميز بثاني أكبر متوسط عمر (2.2 ميكروثانية) بعد النيوترون (~15 دقيقة). مثل جميع الجسيمات الأولية يوجد جسيم مضاد للميوون يحمل شحنة موجبة لكن كتلتيهما واللف المغزلي لهما متماثلين ويسمى الميوون المضاد (أوالميوون الموجب). يرمز للميوون بالرمز
μ⁻
والميوون المضاد بالرمز
μ⁺
. كان الاسم الشائع في الماضي للميوون هوميزون ميو (بالإنجليزية: mu mesons)‏ رغم عدم تصنيفه كميزون من قبل فزيائيي الجسيمات المعاصرين.

تبلغ كتلة الميوون 105.7  وهي تقارب 207 مرة كتلة الإلكترون مع الفهم بأن البروتون أثقل من الإلكترون 1840 مرة.

اكتشافه

اكتشف كارل أندرسون وسث نيدرماير الميون في عام 1936 أثناء دراستهم وقياسهم للأشعة الكونية، كما اكتشفه أيضا الفيزيائي كيري ستريت و"إي سي ستيفنسون" في عام 1937 من دون فهمهما باكتشاف عام 1936 له (ولكن قامت المجموعتان بنشر أبحاثهما في مجلة "فيزيكال رفيو" في عام 1937). ونظرا لتكون كتلته من طاقة قدرها 106 مليون إلكترون فولت فإنه لا ينتج من الانحلال النووي ولا من انفجار قنبلة نووية. ولكنه ينشأ من الأشعة الكونية التي تأتي إلى الأرض عبر الكون، وهي أشعة شديدة قادرة على إنتاج الميوونات عند اصطدامها مع أنوية الغلاف الجوي للأرض كالأكسجين والنيتروجين. وعمليا يمكن إنتاجه في معجلات الجسيمات، فبعضها ينتج تلك الطاقة المرتفعة التي تكفي لأن يتولد منها ميوونات.

طبقا للنموذج القياسي يعتبر الإلكترون والميوون أقاربا. فالإلكترون ينتمي إلى العائلة الأولى من اللبتونات، والميوون (بما له من كتلة تعادل تقريبا 200 كتلة إلكترون) ينتمي إلى العائلة الثانية من اللبتونات. كما تبين مع استمرار البحث الفهمي أنه توجد عائلة ثالثة من اللبتونات اكتشفت في عام 1975 وهي ممثلة في ليبتون تاوτ-Lepton.

عند اكتشاف الميوون في البداية سمي "ميوميزون" حيث حدثة ميزون Meson بالإغريقية "المتوسط"، أي بمعنى جسيم ذوكتلة متوسطة بين الإلكترون والبروتون. ولكن خلال الستينيات من القرن الماضي اقتصر تسمية ميزون على جسيمات ذات قوى شديدة (تآثر قوي)، ولا ينتمي الميوون لها، ولهذا يصنف الميوون على أنه ينتمي للبتونات.

الأشعة الكونية

الميوونات هي جسيمات رئيسية من ضمن الجسيمات الثانوية الناشئة من الأشعة الكونية. وهي تنشأ من تفاعلات الأشعة الكونية القادمة من أنحاء الكون مع أنوية ذرات الهواء في طبقات الجوالعليا. ومعظم الميوونات تنشأ في طبقات الجوالعليا: على ازدياد نحوعشرة كيلومتر تكون نحو90% من الجسيمات المتولدة في الجو. وتفاعلات الأشعة الكونية الابتدائية (ومعظمهاقد يكون بروتونات سريعة جدا) تنتج أولا بيونات Pion وبنسبة قليلة كاوونات Kaon؛ وعند تحلل تلك بواسطة القوة الضعيفة تنشأ ميوونات وكذلك نيوترينوات الميوون Myon-Neutrinos. نيوترينوالميوون هوجسيم أولي أيضا يكاد حتىقد يكون لا وزن له؛ يشابه نيوترينوالإلكترون. وتبلغ كثافة تلك الميوونات الكونية عند سطح البحر نحو100 جسيم لكل متر مربع في الثانية - أي بمعدل 1 ميوون يسقط على كف الشخص (كل شخص) جميع ثانية.

وعلى ازدياد سطح البحر تصبح النسبة بين الميوونات الموجبة إلى الميوونات المضادة (ذات شحنة سالبة) ${\displaystyle {\mathrm{\mu <!--\; \mu \; -->}}^{+}/{\mathrm{\mu <!--\; \mu \; -->}}^{-<!--\; -\; -->}}$

أي حتى جميع المخلوقات على سطح الأرض يصيبها الإشعاع الطبيعي الكوني منذ قدم الأزل، ومن ضمنها الميوونات، ويصاب بها جميع ما يعيش على سطح الأرض وحتى كائنات المياه العميقة ولكن بنسب أقل، حيث يُمتص جزء من الميوونات في الماء.

الكشف عن الميوونات

بسبب السرعة الكبيرة التي تأتي بها الميونات فهي تتفاعل مع جميع ما يصادفها من مادة وتهجر فيها أثارا خطية من الأيونات؛ ويستغل الفهماء ظاهرة التأين هذه للكشف عن الميوونات وقياس أعدادها. ونظرا لأن الميوونات تتحرك بسرعة مقاربة من سرعة الضوء تنتج عن اصطدامها مع جزيئات الماء أشعة تسمى أشعة شيرينكوف.

كما حتى عدادات جسيمات مثل العدادات الوميضية وعدادت النصف موصلات حساسة للميوونات وتستطيع الكشف عنها وعدّها. ونجد حتى الميونات تتداخل مع أي قياسات نقوم بها في مختبراتنا الفهمية الإشعاعية، ولكن نسباها لا تتغير عبر أي تجربة، ولهذا يحتسبها الفهماء من الإشعاعات الخلفية، ويقومون بقياسها منفردة قبل التجربة وبين حين وآخر أثناء التجربة، ثم يقومون بطرحها من القياسات التي تهمهم، هذا الجزء المطروح يسمى الأثر الصفري. من الصعب حجب الميوونات عن التجارب الفهمية فهي تستطيع النفاذ في موانع ثقيلة من الرصاص بسبب طاقاتها العالية.

خلال تجارب يجريها الفيزيائيون في مجال فيزياء الجسيمات يمكنهم التعهد على الميوونات بطرق متعددة:

• عن طريق قياس مساراتها الطويلة واتجاه حركتها.
• عن طريق قياس مسار الميوونات في مجال مغناطيسي حيث يمكن تعيين كمية حركتها ونوع شحنتها. وبقياس سرعتها بالإضافة إلى ذلك يمكن تعيين كتلتها.
• كذلك يمكن أيضا التعهد عليها لشدة نفاذيتها في المادة.

تحلل الميوونات

يتحلل الميوون الحر مع الزمن طبقا لنموذج الاضمحلال الإشعاعي الذي اقترحه فاينمان، ويتحلل إلى إلكترون ونيوترينوالميون ومضاد نيوترينوالإلكترون، طبقا للمعادلة:

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

وبالنسبة لتحلل مضاد الميوون، فيمكن تمثيله بوضع مضادات الجسيمات في المعادلة، كالآتي:

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

كما تنشأ عن ذلك التحلل باحتمال يبلغ 4و1 % فوتونات من أشعة غاما:

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

وكذلك باحتمال يبلغ (3,4 ± 0,4) · 10⁻³ % ينشأ زوج إلكترون-بوزيترون:

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

من وجهة أخرى توجد نظرية مماثلة لتحلل الميوون عن طريق تحوله إلى بوزون W الذي ينحل سريعا إلى الجسيمات الموصوفة في المعادلات السابقة (أنظر بوزون).

يبلغ عمر النصف للميوون الموجب 2,2 ميكروثانية، وقد عيّن هذا عمليا من قبل. وأما الميوون السالب فله طريقة إضافية للتحلل: يمكنه الاصطدام بنواة ذرة ويتحد بها فيما يسمى "ذرة ميوونية" وهذه تتحلل عن طريق اصطياد إلكترون حيث تمتص النواة أحد إلكتروناتها. وينشأ عن ذلك الامتصاص تحول أحد بروتونات النواة إلى نيوترون ويصدر نيوترينوميووني (نيوترينوالميوون)؛ ولهذا نجد حتى عمر النصف المعين للميوون السالب في المادة (الهواء مثلا) أقصر.

ولكن يتساوى عمر النصف لكل من الميوون الموجب والميوون السالب عند تعيينهما في الفراغ، واثبتت النتائج العملية حتى الفرق بين عمرهما لا يزيد عن 1و0%.

تطبيقات

تضم الأشعة الكونية ميوونات ذات طاقة تبلغ عدة آلاف الملايين إلكترون فولت GeV. وبسبب تلك السرعات العالية فهي تستطيع المرور داخل الصخور عدة كيلومترات قبل حتى تهبط سرعاتها وتتحلل إشعاعيا. أي تتحلل إلى جسيمات أصغر مصحوبة بإشعاع مثل أشعة غاما. لذلك يمكن استغلال الميوونات في تصوير الأورام (تصوير بالميوونات) ، كما يمكن بواسطتها تصوير محتويات أحجام كبيرة كالبراكين. ولذلك تستخدم الميوونات الناتجة من الأشعة الكونية وتشتت الميوونات الناتجة منها في تصوير الأمور الكبيرة، مثل البراكين والجبال.

خلال الستينيات من القرن الماضي فام لويس ألفاريز الفيزيائي الحائز على جائزة نوبل للفيزياء بتصوير هرم خفرع بالجيوة في مصر.

وفي عام 2009 طبقت طريقة القياس لفحص بركان إيو-داكي الموجود في جنوب جبال ياتسوغاتاكي باليابان. بهذه الطريقة أمكن تعيين كثافة المادة في البركان وتوزيعها فيه؛ أين الثقيل منها وأين الخفيف.

وفي خريف عام 2017 قامت مجموعة من الفهماء من اليابان ومصر وفرنسا بنشر نتائج ما قاموا به من قياسات على الهرم الأكبر بالجيزة، حيث تشير القياسات التي تمت بواسطة ميوونات الأشعة الكونية على وجود منطقة فراغ طولها نحو30 متر، ومسقطه فوق البهوالكبير داخل الهرم، ونشر البحث في المجلة الفهمية "تخصصر"، عدد نوفمبر 2017.

مراجع

وصلات خارجية

• Muon anomalous magnetic moment and supersymmetry
• g-2 (muon anomalous magnetic moment) experiment
• muLan (Measurement of the Positive Muon Lifetime) experiment
• The Review of Particle Physics
• The TRIUMF Weak Interaction Symmetry Test

اقرأ أيضا

• تصوير بالميوونات

ميوون في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز