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Lexikon der Astronomie: Myonen

Myonen gehören zur großen Teilchengruppe der Leptonen und sind schwerer als ihre 'nächsten Verwandten': die Elektronen. Die Ruhemasse von Myonen (negative Ladung) und Antimyon (positive Ladung) beträgt jeweils 105.658357 MeV (Quelle: Particle Physics Booklet, Juli 2002).

Myonen fallen vom Himmel

Myonen (eingedeutscht auch als Müonen zu lesen) können in der Höhenstrahlung (siehe kosmische Strahlung) entstehen. Der Prozess läuft so ab, dass hochenergetische Gammastrahlung Elektron-Positron-Paare erzeugt. Die beiden Zerfallsteilchen fliegen diametral (Impulserhaltung) auseinander und können direkt nach der Entstehung auch wieder annihilieren (siehe auch Antimaterie). Auf diese Weise entstehen Kaskaden von Teilchenschauern in der Hochatmosphäre. Es ist aber auch möglich, dass sich über einen schwachen Prozess (siehe schwache Wechselwirkung) das entstandene Elektron-Positron-Paar in ein Myon-Antimyon-Paar umwandelt. Diese Teilchen zerfallen dann üblicherweise auch wieder in verschiedenen Zerfallskanälen.

Bedeutung für Neutrinoastronomie

Myonen haben eine hohe Relevanz in der Neutrinoastronomie, weil sie durch kosmische Neutrinos in Cerenkov-Detektoren gebildet werden. Das Detektionsprinzip der Neutrinodetektoren der neusten Generation, wie AMANDA und bald ICECUBE am Südpol, basiert gerade darauf, dass paradoxerweise durch die Erde beobachtet wird. Dies liegt daran, weil hochenergetische Neutrinos kosmischer Quellen Myonen in der Erdmaterie erzeugen können. Schaffen diese Myonen es, in das Detektorvolumen zu gelangen, erzeugen sie dort einen Cerenkov-Lichtkegel und können eindeutig einer extraterrestrischen Quelle zugeordnet werden. Der Richtungsversatz zwischen Neutrino und daraus gebildetem Myon ist minimal und beträgt maximal ein Grad. Die Myonen der Höhenstrahlung hingegen – die tatsächlich 'von oben' kommen – sind in der Neutrinoastronomie nur ein Störeffekt (Untergrundrauschen).

Wie kommt ihr eigentlich hierher?

Die atmosphärischen Myonen sollten aufgrund ihrer kurzen, mittleren Lebensdauer von 2.197 Mikrosekunden am Erdboden gar nicht nachweisbar sein. Dies ist trotzdem gelungen! Man erklärt dies mit der Speziellen Relativitätstheorie: da sich die Myonen mit Geschwindigkeiten bewegen, die vergleichbar sind mit der Lichtgeschwindigkeit, werden relativistische Effekte wirksam. Die Zeitdilatation dehnt die Zerfallszeit im Ruhesystem gegenüber der Zeitspanne im Beobachtersystem aus. Dadurch können die Myonen einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen als klassisch abgeleitet: sie schaffen es bis auf den Erdboden!

Das Myon-Atom

Mit Myonen kann man eine exotische Form von Materie kreieren: Myon-Atome, in denen schwere Myonen anstatt Elektronen den Kern 'umkreisen'. Die Myon-Chemie wäre allerdings ein recht teueres Unternehmen.

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  • Die Autoren
- Dr. Andreas Müller, München

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