Comment se forment-ils ?

Écrit par E.THIBAULT le . Publié dans Comment détecter les muons ?

Le rayonnement cosmique primaire, provenant notamment du soleil mais aussi de la galaxie entière, est un flux de noyaux atomiques et d’autres particules. Ce rayonnement entre en collision avec l’atmosphère de la Terre, et les protons qui le constituent interagissent alors avec les noyaux de l’atmosphère et forment une gerbe de particules (fig.1).

Figure 1 : Schéma de la gerbe de particules du rayon cosmique secondaire



La majorité de ces particules sont des pions* (π). Les pions neutres se désintègrent immédiatement en formant deux photons. En revanche, les pions chargés ont une durée de vie plus longue, et en se désintégrant forment des neutrinos (ν) et des muons (μ), selon les équations :

En raison des interactions et des durées de vie des particules, au niveau du sol, il ne reste quasiment que des muons (80% des particules massiques), des électrons (20%) et moins de 1% de hadrons (ex. : protons). On trouve également énormément de neutrinos, mais ceux-ci sont rarement détectés directement, car ils ont une masse négligeable et interagissent très peu.

Les muons, à la fin de leur vie qui est d'environ 2,2μs au repos, se désintègrent selon l'équation :

 c'est-à-dire que le muon se « transforme » en un électron et deux neutrinos.

 

On considère le muon comme une particule élémentaire*. Dans le modèle standard (fig.2), qui répertorie les particules élémentaires, le muon est un lepton classé dans la deuxième famille des fermions. En effet le modèle standard répartit les particules en deux groupes : les bosons (particules fondamentales qui assurent les interactions) et les fermions (particules composant la matière).

Ces fermions sont eux-mêmes rassemblés en deux familles : les leptons et les quarks.

 

Figure 2 : Modèle standard

 

Le muon est en quelque sorte une copie conforme de l’électron mis à part le fait qu’il soit plus lourd (masse 207 fois plus grande) et donc assez instable, ce qui explique le fait qu'il ne compose pas la matière ordinaire.

En effet, on le retrouve seulement dans les rayons cosmiques, ou les accélérateurs de particules.