俘獲效應對繆子壽命測量的影響

摘 要 繆子是粒子物理標準模型中的基本粒子，對其研究不僅涉及基礎物理的前沿，還包括相關技術在工業民生領域的應用。對繆子壽命的測量涉及時間膨脹、費米耦合常數和原子核俘獲等眾多近代物理知識點，在大學本科物理課程中開設相關教學實驗具有重要意義。通過運用信號判選電路甄別以及數字示波器觸發記錄，分別用塑料閃爍體和NaI（Tl）閃爍體探測器測量繆子衰變事件，由測量結果的差異得到俘獲效應對繆子壽命測量的影響。

關鍵詞 繆子;壽命測量;俘獲效應;探測器

當前描述物質微觀結構最成功的理論為粒子物理標準模型，它描述了組成物質的基本粒子以及它們之間的相互作用力，基本粒子包括三代夸克、三代輕子以及傳遞相互作用的玻色子，相互作用包括強相互作用、電磁相互作用與弱相互作用。由美國加州學院的兩位物理學家C.D.Anderson和S.Neddermeyer在1936年發現的繆子屬于基本粒子中的第二代輕子，其自旋為1/2，靜止質量為105.658MeV/c2，是我們熟知的第一代輕子———電子質量的約207倍。繆子帶有一個單位電荷，參與電磁相互作用和弱相互作用。盡管距離發現繆子已經將近90年，但對繆子的研究依然具有重要意義并且具有挑戰性。對繆子的研究不僅涉及基礎物理的前沿，還包括相關技術在工業民生領域的應用。例如，對繆子反常磁矩的精確測量在標準模型的檢驗以及尋找新物理方面一直發揮著重要作用[1]，利用繆子成像技術可以對火山進行監測、對大型古建筑進行無損檢測[2]等。