μ子（渺子，muon）是一种带有一个单位负电荷、自旋为1/2的基本粒子。μ子与同归于轻子的电子和τ子具有类似的性质，人们至今未发现轻子具有任何内部结构。

在整个国际中，咱们观察到的每一件自然发生的工作都是由相同的几种粒子组成，其间包含质子、中子、电子以及光子。当然自然界还存在着很多的中微子和反中微子，一些超大质量的暗物质粒子，以及在极短的时刻内存在的很多不安稳的高能粒子，今日咱们要说的μ子便是其间之一！

国际射线碰击地球大气后，在100公里处会发生高能粒子簇，其间就包含μ子，但μ子不安稳，在短短的2.2微秒就会衰变，就算以光速游览它也只能跋涉660米，底子不足以抵达地球表面，但由于相对论，在咱们外部的观察者来看，时刻胀大效应大大延伸了μ子的飞翔间隔，使咱们在地上上能够检测达它。

那么问题是：μ子抵达地上的相对论效应是咱们外部观察者看到的，那μ子本身是怎么看待这次游览的？

μ子的来历

咱们所知的全部，一切的原子、分子、行星、恒星、星云和星系，这些物质都是由少量几种已知的基本粒子构成的：光子、电子、胶子和上下夸克，它们构成质子和中子。现在国际中的中微子和反中微子现在很少发生相互效果（这跟它们本身的能量和反相横截面有关），还有暗物质，它们之间只存在引力效果。

剩余的一切其他存在的基本粒子，以及一切其他能被发明出来的粒子，在本质上都不安稳，这意味着它们会跟着时刻的推移衰变成更轻更安稳的粒子。

在一切的不安稳粒子中，μ子还算比较安稳，均匀能够存在2.2微秒，比任何其他不安稳粒子存在的时刻都要长一个数量级。μ子有点像电子的近亲，具有一切相同的特点：

轻子数,

电荷,

自旋,

磁矩,

除了它的质量是电子的206倍，以及会在短时刻内衰变为一个电子和两个中微子。

这些μ子起源于大气层的顶部，由于国际的高能粒子（国际射线）一直在碰击咱们的大气层，国际射线中大多是质子，但它们以极高的能量进入大气层，当它们碰击高层大气中的原子时，会自发地发生粒子簇射，包含物质-反物质对，以及重而不安稳的粒子，如π介子，然后π介子会发生衰变发生μ子。比较古怪的是，假如你现在伸出手掌，大约每秒就会有一个μ子穿过你的手掌。

μ子在有限的寿数内为什么会抵达地上？

新粒子的发生现在对咱们来说并不古怪，由于E = mc^2，只要以足够高的速度将两个粒子相撞，就能够自发地发明出新的物质粒子（这便是对撞机的原理）。但古怪的是即便μ子以挨近光速的速度移动（30万公里/秒），但它们的寿数只要2.2微秒，在衰变之前也只能移动大约660米。

还有这些μ子大约是在大气层100公里处发生的，或许10万米高！因而在咱们看来，μ子永久不会掉到地上上。可是，相对论告知咱们，当物体挨近光速时，它们的时刻会变慢。

从外部观察者的视点来看，一个以99.9995%光速运动的μ子，它的时刻消逝速度只有停止的μ子的1/1000。因而均匀来看，μ子能够飞660公里，而不是660米，然后才会衰变。这种差异对于一个均匀寿数为2.2微秒的μ子来说，意味着它有86%的几率击中咱们的手掌。假如没有时刻胀大，这个几率只要1 / 10^66。

那么μ子是怎么感知相对论效应呢？由于，在它的参照系中，μ子能够正常地感触到时刻的消逝，它是在大气层的顶端被发明出来的，而且有必要一路抵达地上。可是“一路到地上”对介子的含义和对咱们的含义是不一样的！

这儿插一句，想要着重的是，相对论之所以有相对两个字，是由于相对论里的时刻效应是相关于他人的，而不是咱们本身感触到的效应。例如，咱们以光速游览，他人会看到咱们的时刻变慢了，但在咱们自己看来，咱们的时刻消逝速度并没有改变。你能活一百年仍是一百年，但你的一百年相关于外部观察者或许便是几百年。

当μ子正常地感触时刻消逝时，它还会看到周围的国际以99.9995%的光速朝它移动。除了时刻胀大之外，μ子还会遭到长度缩短的影响，这意味着μ子有必要跋涉的100公里，在它看来只要100公里的千分之一，也便是100米。因而从μ子的视点来看，它有86%的几率在衰变之前抵达地上。

μ子的相对论效应也能够为咱们带来别的一种或许性：假如咱们把μ子加快到挨近光速的速度，就能够延伸其寿数，那么咱们能够用它来制作终极粒子加快器/对撞机！

μ子将为下一代粒子加快器供给期望

为什么这样说呢？现在的加快器不管是大型强子对撞机（LHC），仍是之前大型电子对撞机（LEP），它们别离加快的是电子和质子这两个带电粒子。

咱们都知道带电粒子在环形磁场中加快运动时，会以电磁波的方式宣布同步加快辐射，并丢失能量。当速度到达必定程度时，丢失的能量会和加快器供给的能量相平衡。假如逾越这个速度阈值，那么丢失的能量会大于加快器所供给的能量，因而这就成为粒子加快器加快粒子的妨碍。

还有同步加快辐射丢失的能量与带电粒子质量的四次方成反比，也就是说带电粒子质量越小，丢失的能量就越多，而电子是最轻的带电粒子，因而咱们后来就选用了质子作为加快粒子，由于质子是电子质量的1836倍。可是质子也有它的缺陷，质子并不是基本粒子，是由夸克和胶子组成，其在相撞时这些基本粒子会涣散掉一部分能量，而且相撞后的局面能够说是一片紊乱，会发生很多的“粒子碎片”，咱们想在其间找到新粒子，就如难如登天。

而μ子的性质正好处在电子和质子中心，它的质量是电子的206倍，这样就能够减小同步加快辐射；而且μ子是基本粒子，相撞时不会发生能量涣散，也不会形成很多的粒子碎片。之前辩驳μ子加快器的不或许完成的原因是，它极点的寿数，但相对论彻底处理了这个问题。

因而环形μ子加快器/对撞机很或许是未来粒子加快器的一个方向，它将有望逾越LHC，进入国际的下一个可勘探范畴。