¿Cómo se mide el tiempo de descomposición de un muón?

Un experimento mucho más reciente midió la vida útil del muón de esta manera:

1. Un haz de muones positivos (antimuones) pasó a través de un detector de muy alta eficiencia (muy poco probable que pierda ninguno).
2. El muón fue detenido en un blanco. Se usaron muones positivos porque no se someterían a procesos como la captura nuclear, por lo que simplemente se quedarían allí en el objetivo hasta que decayeran.
3. El rayo fue “pateado” fuera del eje una vez que entró un muón, de modo que solo habría un muón en el objetivo a la vez.
4. El objetivo estaba rodeado de detectores de electrones de alta eficiencia.
5. La diferencia de tiempo entre la entrada de muones y la salida de electrones se midió durante aproximadamente 1,6 billones de eventos.
6. Esto nos dio una vida útil de 2.197 muones con una precisión de una parte por millón.

Esto es lo que ocurre con las desintegraciones de partículas: son aleatorias con una distribución exponencial. Eso significa algunas cosas:

1. La derivada de un exponencial es un exponencial con la misma constante de tiempo. Por lo tanto, puede medir la población de muones a lo largo del tiempo o la velocidad a la que se producen los electrones de desintegración (como se hizo aquí), y obtener la misma respuesta para toda la vida.
2. Las funciones exponenciales son similares, por lo que no importa cuándo “enciende el reloj”. Es decir, en el experimento MuLan, el tiempo de vuelo del muón desde el detector de entrada al objetivo y el tiempo de vuelo desde el electrón de descomposición al detector de salida no importa. Seguirás midiendo la misma constante de tiempo para la exponencial. Lo mismo ocurre con el experimento en el video.

Por cierto, me parece divertido que este video sea lo suficientemente antiguo como para que todavía los llamen “mu mesones”, una terminología muy desactualizada. (Los muones son leptones, como los electrones, por lo que son elementales. No están formados por otras partículas. Los mesones son partículas con dos quarks de valencia, pero la teoría del quark no se introdujo hasta unos años después de este video).

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