El Tamiz

Ignora lo accesorio, atesora lo esencial

Esas maravillosas partículas - El muón

En la serie Esas maravillosas partículas hemos hablado ya del electrón, el positrón, el protón, el neutrón, los quarks y el fotón y el neutrino. Hoy continuamos hablando de una partícula poco conocida: el muón.

Por si no te acuerdas de lo que hemos visto, aquí tienes el diagrama actualizado con todas las partículas que hemos tratado hasta ahora, incluída la de hoy:

Esas maravillosas partículas

En 1936, el físico Carl Anderson estaba estudiando los rayos cósmicos y catalogando las partículas detectadas. Todas ellas encajaban con las conocidas hasta el momento… excepto una. Anderson observó una partícula de carga negativa, como el electrón, pero mucho más pesada (unas doscientas veces más). Pero ésta no era la primera partícula descubierta por el físico americano - en 1932 ya había descubierto el positrón (dato que desgraciadamente no mencioné en aquel artículo, pero que añadiré cuando la serie esté completa). De hecho, en 1936 recibió el Premio Nobel por descubrir el positrón…y ese mismo año descubrió una nueva partícula.

Al principio, Anderson pensaba que había descubierto una partícula propuesta teóricamente por Hideki Yukawa, el pión (que ya caerá en nuestras fauces más adelante en la serie). Sin embargo, las propiedades de esta misteriosa partícula no coincidían con las del pión. Los físicos estaban desconcertados. El físico Isidor Isaac Rabi, según otros colegas, exclamó “¿Quién ha pedido eso?” en un restaurante, refiriéndose a la nueva partícula.

Sin embargo, ésta era únicamente la primera de una serie de muchas partículas que se irían descubriendo en no demasiados años y que habría que intentar hacer encajar en algún armazón teórico - vamos, un problema. Willis Lamb, otro físico, llegó a decir que “el descubrimiento de una nueva partícula solía ser recompensado con un Premio Nobel, pero a partir de ahora debería ser castigado con una multa de $10.000”.

La partícula recién llegada cambiaría varias veces de nombre. Al principio, puesto que era más pesada que el electrón pero más ligera que el protón, se llamó a la nueva partícula mesotrón, utilizando la raíz griega meso-, “medio”, al estar su masa entre las de las otras dos partículas. Sin embargo, más adelante se descubrieron otras partículas con masa intermedia entre el electrón y el protón, y a todas se las llamó mesones. Para distinguir a ésta de las otras, se la denominó mesón μ (mesón mu), por la “m” griega, ya que había sido la primera partícula “media”.

Pero este nombre también se dejó de utilizar: el mesón μ era distinto de todos los demás en un aspecto muy importante, entre otros - era una partícula elemental, y los otros no. Al final se definieron los mesones como hemos hecho en esta serie, como hadrones formados por dos_ quarks, de modo que el mesón μ no era realmente un mesón, además de no ser tampoco un _bosón como los otros mesones. La “partícula mu” acabó llamándose muón…al menos, por ahora.

El muón es una partícula elemental, es decir, no está formada (que sepamos) por nada más simple, igual que, por ejemplo, el electrón. Tiene espín semientero, es decir, es un fermión, lo mismo que el electrón. No siente la fuerza nuclear fuerte, de modo que no puede formar parte del núcleo de los átomos. Si eres un fiel lector de esta serie, sabes cómo se llama un fermión que no siente la fuerza nuclear fuerte: es un leptón, como el electrón. De hecho, tiene incluso la misma carga que el electrón (su antipartícula, el antimuón, tiene carga positiva, como el positrón).

Pero, ¿en qué se diferencia entonces del electrón? ¡Casi todo es igual! Existen dos únicas diferencias entre ellos, una relativamente importante y otra fundamental. La primera diferencia, que ya hemos mencionado, es la masa: el muón es unas doscientas veces más pesado que el electrón. La segunda es que, a diferencia del electrón, el muón no es estable. ¿Recuerdas el neutrón libre y su vida media de quince minutos? Los muones son muchísimo más fugaces: su vida media es de tan sólo 2 microsegundos. Por eso no vemos muones por todas partes, y por eso en los átomos hay electrones y no muones: el muón es algo así como un súper-electrón inestable. Por cierto, cuando se desintegran suelen hacerlo en un electrón, un antineutrino electrónico y un neutrino muónico, como puedes ver en el siguiente diagrama de Feynman:

Crédito: Wikipedia/DnetSvg (GPL)

Por si te lo estás preguntando, sí, la masa del muón es mucho mayor que la de las partículas resultantes, de modo que éstas tienen una enorme energía cuando son creadas. La otra partícula que ves en el diagrama, además del muón, el electrón y los neutrinos, es un bosón W que aparecerá más adelante en la serie.

¿De dónde salen los muones? Pues no de muchos sitios: para crear un muón hace falta una gigantesca cantidad de energía. De hecho, no existe ninguna reacción nuclear en la Tierra que produzca muones. Los únicos que hay cerca de ti (y sí que los hay, aunque no demasiados) son los que se producen cuando los rayos cósmicos alcanzan la atmósfera. Los rayos cósmicos están compuestos en gran parte por protones de mucha, muchísima energía. Tanta que, cuando chocan con los núcleos de los átomos de la atmósfera, producen lluvias de partículas exóticas, como los piones propuestos por Yukawa. Estos piones duran muy poco tiempo y, tras recorrer tan sólo unos metros, se descomponen en muones y neutrinos.

Podrías pensar que esos muones, producidos en las capas más altas de la atmósfera (a muchos kilómetros del suelo) y con una vida media de sólo 0,000002 segundos, nunca jamás podrían llegar al suelo - y te equivocarías, porque no estarías teniendo en cuenta los efectos relativistas. Si eres asiduo lector de El Tamiz (y si estás leyendo este artículo probablemente lo eres) conoces la serie de Relatividad sin fórmulas: los muones producidos por los rayos cósmicos van tan deprisa que los vemos “en cámara lenta” y son capaces de llegar mucho más lejos de lo que cabría esperar sin la relatividad: deberían desintegrarse tras recorrer sólo unos 600 metros pero, sin embargo, recorren decenas de kilómetros hasta llegar al suelo antes de desaparecer. De hecho, cosas como ésta son una prueba de que la Teoría de la Relatividad Especial no es una “ilusión óptica”: los muones, cuando van muy rápido, viven más de lo que deberían.

Los muones que nos llegan son, en teoría, peligrosos. Piensa que la radiación beta, formada por electrones muy energéticos, es muy peligrosa. Bien, esto es como “súper-radiación beta”…¡menudos pedazos de electrones! Pero, por otro lado, la cantidad de muones producidos en la atmósfera es muy pequeña, de modo que los muones forman parte de lo que se llama “radiación ionizante de fondo”…vamos, lo normal. Esto no quiere decir que si un muón te llega no tenga ninguna posibilidad de producirte, por ejemplo, un cáncer, pero la cantidad de ellos es suficientemente pequeña como para que esta probabilidad sea minúscula.

Los científicos, por supuesto, no quieren depender de la aleatoriedad de los rayos cósmicos y su entrada en la atmósfera para producir muones: los crean ellos mismos. Aceleran hadrones a grandes velocidades y los hacen chocar con otros hadrones, con lo que producen piones que se desintegran y así se obtienen los muones a discreción.

Si tienes imaginación, puedes hacerte la siguiente pregunta: Si los muones son súper-electrones, ¿podrían formar átomos como los electrones, aunque fueran átomos de muy corta vida? Pues sí. De hecho, estos átomos existen (durante mucho menos de un segundo, pero bueno). Por ejemplo, un protón con un muón (en vez de un electrón), es una especie de hidrógeno con más masa…algo así como un isótopo del hidrógeno de muy corta vida, que los físicos llaman muonio, y tiene incluso símbolo, Mu. Estos átomos exóticos duran lo mismo que los muones, claro, de modo que no vas a ver muonio por ahí, pero se utiliza en algunas técnicas espectroscópicas.

De manera que el muón es una partícula fugaz, muy parecida al electrón pero más pesada, y fue la primera de las partículas inestables en ser descubierta. Puede que no esté por todas partes como los electrones o los neutrinos, pero es muy importante, sobre todo por el sopapo que supuso para los físicos cuando les abrió los ojos ante la cantidad de partículas que no habían pensado que podrían existir.

En la próxima entrega, el hermano pesado del electrón y el muón: el tauón.

Ciencia, Esas maravillosas partículas, Física

31 comentarios

De: david
2007-06-20 23:24:07

joder, me estoy enterando de cosas interesantisimas que no sabia. yo soy de letras puras y no di esto en el instituto . me parece interesantisimo y quiero agradeceros muchisimo a los que haceis este blog por darnos la oportunidad de conocer el mundo que nos rodea. GRACIAS MIL .

De: Pedro
2007-06-21 15:00:31

david,Gracias a ti por el cumplido - para eso estamos :)

De: otanion
2007-06-21 15:28:10

Que seas de letras nono tiene nada que ver, yo he estudiado el bachillerato de ciencias, y lo más lejos que he llegado, es lo típico: " electrón, protón y neutrón, y si a caso que también existen otras particulas más pequeñas, llamadas quark que forman los protones, y los neutrones" (Temario de partículas de cualquier instituto Español). Menuda diferencia con lo que estamos viendo aquí; y se no puede decir que este blog sea solo para gente entendida, ¡Viva la enseñanza española!

De: Scarbrow
2007-06-21 16:17:43

otanion:
Precisamente lo mismo decía yo el otro día. Si El Tamiz sigue publicando a este ritmo, pronto será una referencia imprescindible para cualquier temario de Física concentrada. ¡Sigue así, Pedro!

De: Nikolai
2007-06-22 03:33:10

Excelente .. esta partícula muón si que me ha dejado pensando..
algo se quedo atascado en la cabeza pero bueno .. interesante, realmente a uno nunca le cuentan de esto.

De: BigfooTsp
2007-12-06 23:02:29

Muy interesante y un saludo


De: Moko
2007-12-19 09:27:13

Hola, Pedro.

Dices que un muón, que tiene la masa de 200 electrones, se suele desintegrar en un electrón, un antineutrino electrónico y un neutrino muónico. O los dos últimos tienen mucha masa, o estas partículas nacen con una energía descomunal, porque si no no entiendo qué pasa con toda esa masa del muón... Igual nos lo puedes aclarar un poco ;-)


De: Pedro
2007-12-19 09:40:28

Moko,

No hay mucho más que explicar: en efecto, la masa de las partículas resultantes es mucho menor que la del muón inicial (la masa de los neutrinos es minúscula), y el "exceso de masa" se convierte en energía, de modo que las partículas en las que se desintegra son muy energéticas.

Por cierto, gracias a tu comentario y releer el artículo, acabo de añadir un diagrama de la desintegración y una pequeña explicación (básicamente, lo que acabo de responderte) para que la gente lo tenga claro en el propio artículo.

¡Gracias!


De: xx32
2008-04-27 05:21:48

Una pregunta hipotética: ¿Si en un acelerador de partículas se acelera un electrón a una velocidad cercana a la de la luz, por el aumento de masa no se volvería un muón?


De: Pedro
2008-04-27 08:27:38

xx32,

No, aunque sí podría llegar a tener la misma masa que el muón en reposo. Pero no serían lo mismo; por ejemplo, el muón tiene una vida media de un par de microsegundos mientras que el electrón es estable.


De: Rayos cósmicos « Universo Cuántico
2008-10-30 01:09:45

[...] que trajeron los rayos cósmicos. Entre esa cascada de partículas, se producen muones, una partícula inestable que muy rápidamente se desintegra en otras. Tan [...]


De: Takion
2008-12-23 21:31:58

Estaba dando un vistazo al muón y en cuanto a la "vida" del muón, yo diría que desde"su" punto de vista(del muón), "vive" realmente lo que predice la teoría o sea 2 microsegundos, será desde nuestro punto de vista, como observadores en la Tierra, los que mediremos un tiempo bastante más largo, sobre unos 31,6 microsegundos.


De: Pedro
2008-12-23 23:02:40

Takion,

Desde luego, el tiempo más largo es visto "desde fuera" :)


De: pili del valle
2008-12-26 00:59:35

interesante los cenotes que tienes de xibalba y un mascaron que recien encontraron en la zona maya que tiene la forma de iguani


De: xx32
2009-06-15 20:17:45

¿Un muon al desintegrarse puede formar quarks?


De: Pedro
2009-06-17 15:32:06

xx32, que yo sepa, no :)


De: Francisco Jose Mench
2009-08-01 00:17:53

Hola a todos,

Felicidades por tu blog. Estas haciendo un trabajo magnifico. Por si os podía interesar tengo un blog de divulgacion cientifica de fisica de particulas y de matematicas. Pare que somos almas gemelas... ;-)
Una curisidad: en la alta atmosfera se crean piones (la particula de Yukawa) algo más energeticos aún, que rapidamente se transforman en muones. De hecho cuando se descubrio el muon en los rayos cosmicos se penso que habian encontrado a la particula predicha: el pion. Porque nadie pidió, predijo o esperaba al pobre muon.

Un abrazo y os seguire con mil amores... incluso pondre un link en mi blog.

Francisco Jose Menchen Caballero

Mi blog es: www.franciscojosemenchencaballero.blogspot.com
Se llama Elemens.


De: Toranks
2009-09-08 13:58:22

Una cosa que se te ha olvidado mencionar, es la posibilidad teórica de la fusión muónica, que sería la esperada "fusión fría". Los átomos de muonio son muchísimo más pequeños (al tener una órbita más pequeña y un giro a mayor velocidad), con lo que la probabilidad de (creo que se llamaba función de corte, lo mencionáis en otros artículos) que se fusionen dos muonios es muchísimo más alta que la de dos hidrógenos. Esto sería una forma de catalizar la fusión partiendo de una temperatura más fría, y luego ya se podría continuar (mantener) estable, con la temperatura elevada, con hidrógenos o deuterios normales.


De: Nate
2009-09-24 15:18:08

Una pregunta: la vida del muón se ve alargada desde nuestro punto de vista gracias a la relatividad, pero esto sucede porque va a mucha velocidad, así que, aunque se alargue la vida, como es que nos da tiempo a estudiarla? ¿ No pasaría por delante de nuestras narices antes siquiera de que nos diéramos cuenta?


De: Francisco Jose Mench
2010-06-08 19:42:49

¿Sabe alguien de alguna aplicación practica de los muones?
Yo he descubierto con asombro que ya los emplean para detectar cámaras ocualtas en piramides en Sur America... aprovechan los que se forman tras el choque de los rayos cosmicos (y que gracias a la relatividad viven lo suficiente para llegar a la superficie terrestre) y su alto grado de penetración.

Un saludo

Francisco Jose Menchen
PD Valen aplicaciones teoricas, como la mencionada por Toranks de la fusion fria muonica, que idea tan interesante!


De: Francisco Menchen
2010-06-28 12:41:41

Hola a todos,

¿Alguien sabe si la serie de los pesos relativos entre leptones cargados: electrón, muón y tau permite pronosticar un próximo componente del grupo? Sería algo así como: 0.5MeV, 106MeV y 1800MeV.
Aprox el muón es unas 200 veces más pesado que el electrón, y el tau es unas 18 veces más pesado aún: la serie dividiendo la masa del electrón por su valor seria algo así como: 1, 200, 3600
Aceptamos sugerencias para seguir esta serie con pueros números o con buenas razones geométricas, de simetrias sencillas etc...
Ejemplo numerico: a1=1; a2=(1·2).10^2; a3=(1·2·3)^2 ·10^2,
Hipotesis: a4=(4!)^3·10^2=24^3·10^2=1.382.400MeV = 1,4TeV El siguiente leptón cargado se encontraría a energías de 1,4TeV.Los físicos experiementales ya esta´n perdiando el tiempo para buscarlo... lamentablemente los aceleradores actuales no llegan... tal vez en el espacio...


De: sammy
2012-05-06 23:23:45

Leí en otra pagina que los muones caen en grandes cantidades desde el espacio hacia la tierra ¿porque dicen que no son tantos los muones que hay en la tierra? yo estoy investigando sobre esta partícula y ''la energía que podría generar'' y la verdad que es muy buena aunque he leído hartas cosas sobre esto aun me quedan mis dudas, esta muy bueno su articulo me ha ayudado bastante con mi trabajo de investigación.


De: hector tejada
2012-05-25 19:49:36

la página www.intequantum.com pertenece la empresa INTEQ norteamericana que dice que han fabricado un generador en base a los muones que revolucionara el mundo de la energía, que de real es esto'?


De: 7890
2012-07-07 05:29:15

knm hjkiijjjjkklikmol,ohuj, 89nmnmjo 99u010.3il,,.ko-ñl.


De: Arturo Bravo
2012-11-09 21:59:22

Complementando la pregunta de Héctor Ojeda:
La página http://www.intequantum.com, pertenece la empresa INTEQ que dice que han fabricado un generador en base a los muones que revolucionara el mundo de la energía, ¿que de real es esto? y si es tan seguro como dicen o podría en algún momento ser peligroso para la vida humana, ¿Por qué? y ¿debido a qué?
Agrdeciendo su pronta respuesta lo saluda
Atentamente,
Arturo Bravo


De: jaime rincòn picot
2013-06-08 00:03:19

Muy agradecido por las informaciones, pero discrepo en cuanto a la influencia negativa del muòn, segùn ciertas informaciones no oficiales de los beneficios de las radiaciones còsmicas procedentes del sol Alcione y el cinturòn fotònico y sus efectos "mutantes positivos", en el adn humano.Gracias.


De: Francisco Jose Menchen Caballero
2014-04-15 16:08

Hola,

Van a aprovechar las propiedades del muon para medir con una exactitud sin precedentes el radio del protón. Van a hacer un átomo de hidrogeno sustituyendo el electrón por su familiar más pesado, el muón. El radio del estado asociado resultante debe ser menor que el del átomo común, por la mayor masa del leptón.

El radio del protón se creía conocer bastante bien, pero han salido dos medidas discrepantes hace poco y es fundamental como parámetro de ajuste en algunas teorías actuales como al QED (electrodinámica cuántica), la más exitosa y actualmente en vigor. Parte del problema es que el electrón no solo está alrededor del protón orbitando, sino también a veces "dentro" con cierta probabilidad no tan pequeña en según qué tipo de orbital. Y esto influye en su tamaño... Veremos que sucede con el muón.

Saludos

Francisco Jose Menchen Caballero

De: damaris rodriguez
2014-05-01 07:48

he leído un articulo que estas frecuecias del muon y piones las utilizan para sanar que están por primera vez en el planeta pregunto esto es posible gracia de antemano su pagina esta muy interezante

De: Elena Núñez
2015-08-20 23:12

Hola, qué interesante tu blog! soy bióloga molecular y en mi afán de encontrar una explicación a las mutaciones de novo me he chocado con esta partícula muon o mesón mu, básicamente la teoría dice que una de las explicaciones biofísicas sobre las neomutaciones, causantes de casos esporádicos de patologias , podría resumirse al efecto muón o mesón mu, según el cual se produce una mutación cuando partículas cósmicas de radiación que se desplazan a velocidades vertiginosas y que están sometidas al efecto físico de la relatividad, específicamente la dilatación del tiempo, chocan con las moléculas del ADN produciendo les una alteración. La radiación cósmica en calidad de protones choca con el aire de la atmosfera formandose los mesones piones o mesones pi, que luego se desintegrana en mesones mu, que son los que alcanzan la superficie de la tierra y afectan a las especies, influenciando en su evolución y en el aparecimiento de patologias a través de los cambios que provocarían en el ADN. Tendrás alguna información extra sobre esto? teniendo en cuenta que no soy física me ha servido mucho tu blog para poder entender un poco más de este tema fascinante! cordial saludo

De: newen
2015-08-22 17:35

elena : me sumo a tu inquietud , pero me asalta una duda ; si se forman en las altas capas de la atmósfera y duran millonésimas de segundos ademas de las billones de partículas que los están esperando para quitarles su energía , como llegan a nosotros ? no es el caso de sus parientes neutrinos que a diferencia de los muones no tienen carga y atraviesan la tierra como pedro por su casa , pero si hay alguien que sepa mas del tema que lo haga saber pronto . que estoy intrigao .

De: carlos
2016-01-01 21:33

Entonses Nicolas tesla,si estuvo serca de crear ese motor

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