近代物理系高能物理实验室 宇宙线μ子平均寿命的测量 实 验 意 义和目的 μ子 是 自 然 界 中 存 在 的 基 本 粒 子 之 一 。地球上的 生物每时每刻都受到μ子 照射，并对人类进化过程产生影响。 1937 年由美国科学家 J.C.Street 和E.C.Stevenson 在 宇宙线实验中 观测到了μ子 ，并明确的 指出了它的 存 在 。μ子带有一 个单位的 基 本 电荷，其质量为 105.658MeV/c2，平均寿命约 2.197μs。对它的 寿命测量和物理特性的 研究具有重要的 科学意义。海平面上μ子 的 通量的测定结果，也是 对爱因斯坦相对论中 时间膨胀效应的 有力证据。 本 实验利用一 个大面积粒 子 探测器（面积约 450 平方厘米），来探测宇宙线μ子 ，通过专门研制的 可编程逻辑电路 实现 对μ子 的 平均寿命测量。 实验的 目 的 是 ： 1. 加 深 相对论效应及 宇宙线μ子 性质的 认 识 ； 2. 掌 握 宇宙线μ子 平均寿命的 测量原 理; 3. 学习 短 时间间隔 的 一 种 现 代 测量方法 。 实 验 原理 地面上为何 能 探测到来自 宇宙的 μ子 。宇宙射线在 大气 中 发 生簇 射过程产生大量的 介 子 。μ子 主 要是 介 子 衰 变 产生，大多 数 μ子 产生在 大气 上层 。由于μ子 不 参 与 强 相互 作 用，只 通过与 物质的 电磁 相互 作 用和弱 相互 作 用的 衰 变 ，具有较 强 的 穿 透 力。它通过衰 变 成 电子 （e）和中 微 子 （ ,e）方式 衰 变 ： ee 近代物理系高能物理实验室 实 验 证 明 到 达 地 面 的 μ子 大 多 数 产 生 在15km 的 高 空 ， 产 生 μ子 速 率 接 近 光速 。 在 μ子 静 止 的 参 考 系 观 测 ， μ子 产 生 到 衰 变 的 平 均 寿 命 约 2.197μs， 则 μ子 飞行 的 平 均 距 离 约 为 六 百 多 米 ， 想 要 到 达 地 面 似 乎 是 不 可 能 的 。 大 量 的 实 验 证 据 表明 地 面 上 观 测 者 可 以 测 量 到 μ子 。 在 海 平 面 上 每 平 方 厘 米 每 分 钟 大 约 有 1 个 μ子 ，平 均 能 量 在 几 个GeV 数 量 级 。 这 是 由 于 μ子 高 速 运 动 时 产 生 了 相 对 论 时 间 膨 ...
