Случайные направления траекторий в камере Вильсона

Оказывается, для объяснения этого используется много интересной физики.

Космические лучи состоят примерно на 90% из протонов и на 10% из альфа-частиц (с небольшим количеством других объектов). Однако в основном их останавливают столкновения в верхних слоях атмосферы. Столкновения в основном создают мюоны, поэтому космические лучи, которые мы видим на уровне земли, в основном мюоны. Строго говоря, это уже вторичные космические лучи, так что я предполагаю, что они сделают следы, которые вы наблюдаете в третичных лучах камеры Вильсона, но давайте пока упустим эту тонкость.

Следы, которые вы видите в камере Вильсона, начинаются, когда мюон космических лучей высокой энергии сталкивается с молекулой воздуха и ионизирует ее. При столкновении электрон выбрасывается из молекулы, и именно этот электрон покидает траекторию движения. Таким образом, трек начинается в месте столкновения мюона с молекулой и исчезает через несколько сантиметров по мере того, как электрон теряет энергию.

Итак, вопрос в том, почему мюон с высокой энергией не оставляет следа, в то время как электрон с низкой энергией оставляет след. И ответ таков (как я подразумевал, упомянув энергию), что в целом потеря энергии на единицу длины выше для частиц с низкой энергией, таких как электроны, чем для частиц с высокой энергией, таких как мюоны, т.е. электроны сильнее взаимодействуют с воздух в камере, чем мюоны.

Потери энергии на единицу длины описываются формулой Бете . Вместо того, чтобы просто цитировать сложную и во многом непонятную формулу, позвольте мне просто показать график зависимости потерь энергии от энергии из этой статьи в Википедии:

Энергия мюонов, создаваемых космическими лучами, составляет около 4 ГэВ на поверхности Земли, так что это значение находится за пределами правого края графика, что означает, что эти мюоны взаимодействуют очень слабо. Навскидку я не знаю энергию электронов, оставляющих следы, но предполагаю, что они есть где-то рядом$1-10$МэВ, и поэтому они взаимодействуют гораздо сильнее.