I muoni

La scoperta del nucleo e poi dei suoi componenti, il protone e neutrone, ha rivoluzionato la nostra visione di ciò che era fatto il mondo. La nostra comprensione del mondo è cambiata dal modello classico alla quantistica e fino al 1933 la meccanica quantistica è passata da un successo all'altro nel descrivere osservazioni sperimentali. Tutto ciò  è culminato nell’equazione di Dirac, che prevedeva l'esistenza di anti-materia, confermata poco dopo dalla scoperta del movimento anti-elettrone (positrone). Tuttavia, il compiacimento dei fisici è stato di breve durata. Dietro le quinte, non tutto andava bene. La meccanica quantistica stava lottando per fornire una spiegazione sulle particelle che piovevano sulla terra dal cosmo a un ritmo di 10.000 al minuto per mq. Un vero e proprio essere, in continuo divenire che i luminari della fisica stavano cercando di capire,quale fosse la natura di queste particelle presenti nei "raggi cosmici". Poiché a quel tempo le sole particelle conosciute erano elettroni,protoni, neutroni, fotoni e (ancora da rilevare direttamente) i neutrini. Venne ipotizzato che queste particelle dei raggi cosmici che continuano ad arrivare a terra fossero elettroniIl problema di questa (sbagliata) ipotesi era che gli "elettroni" che piovono sulla terra sembravano arrivare in due varietà. La prima varietà era di quelli che sono stati facilmente assorbiti da blocchi di piombo e che hanno creato una pioggia secondaria di elettroni, positroni e fotoniquando hanno interagito con il piombo e la seconda varietà era di quelli che penetravano con disinvoltura  i blocchi di piombo.In un primo momento, la meccanica quantisticanon aveva spiegazioni del perché gli elettroni dovessero comportarsi in uno di questi  modi, ma a poco a poco la teoria è stata modificata (in particolare da Bethe, Carlson, Heitler e Oppenheimer). Trovarono un modo per descrivere il tipo 1 (gli "elettroni" che producono una pioggia di altri elettroni e quindi hanno la “doccia in testa”), ma, ahimè, non ebbero altrettanta fortuna a trovare una spiegazione per le particelle penetranti di tipo 2. I fisici teorici (che avevano avuto tanto successo fino a quel momento) erano in preda alla disperazione. Oppenheimer, al quale piaceva aggravare la  situazione e che generalmente ha sempre preferito il bicchiere mezzo vuoto, scrisse a suo fratello nel 1934:“Come certamente sapete la fisica teorica -  con i fantasmi inquietanti di neutrini, la convinzione di Copenaghen, contro ogni evidenza e, che i raggi cosmici sono protoni, la teoria dei campi assolutamente non quantizzabile di Born, le difficoltà di divergenza con il positrone e l'impossibilità assoluta di fare un rigoroso calcolo a tutti – è piombata rapidamente in un inferno. L'idea che le particelle che penetrano erano protoniè stata respinta e la comunità dei fisici ha dovuto affrontare una scelta difficile: una nuova particella o l'accettazione che la meccanica quantistica era irrimediabilmente viziata. Per un certo tempo (ora comodamente trascurata) hanno eluso la questione e hanno iniziato a parlare sotto voce sulla possibilità di "elettroni rosso e verde" - un tipo capace di essere assorbitoe l'altro penetrante. Per fortuna, lo sviluppo ispirato da nuove tecniche sperimentali

Il Large Hadron Collider

,avviate da squadre di ricercatori in Europa e negli Stati Uniti ,ha comportato che le osservazioni sperimentali delle particelle penetranti, divenissero più precise. Queste innovazioni sperimentali (in combinazione con nuovi progressi nella teoria) hanno permesso un'interpretazione che ha portato alla verità ineluttabile: le particelle che penetrano erano qualcosa come un elettrone, ma molto più pesante”.
Alla particella è stato originariamente assegnato il nome di "mesotrone". Come spesso accade nella scienza, non c'era un "momento di Eureka " della scoperta, ma una graduale alba di un nuovo paradigma attraverso il lavoro di molte persone, sia teorico e sia sperimentale. Anderson ha  avuto il merito (avendo già intascato un premio Nobel per l'osservazione del positrone), ma c'è stata un considerevole coinvolgimento personale di  Bethe, Heitler, Rossi, Neddermeyer, Via, Stevenson, Carlson e Oppenheimer , senza i cui contributi il "mesotrone" non sarebbe stato scoperto. Il "mesotrone" è stato subito ribattezzato il muone, e divenne chiaro che il muone non era un elettrone rosso o verde, giacché se fosse solo un pesante o un elettrone più energico, dovrebbe decadere in un elettrone e un fotone, e questo decadimento non è stato osservato. Il muone sembrava essere la propria particella distinta, di modo che il muone (dopo l'elettrone) è stata la seconda particella fondamentale (cioè quella che non sembra essere fatta di altre particelle) da scoprire. La sua scoperta in tal modo ha segnato l'inizio della fisica delle particelle come nuovo soggetto.