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子与同属于轻子的电子和τ子具有相似的性质，人们至今未发现轻子具有任何内部结构。
在整个宇宙中，我们观察到的每一件自然发生的事情都是由相同的几种粒子组成，其中包括质子、中子、电子以及光子。当然自然界还存在着大量的中微子和反中微子，一些超大质量的暗物质粒子，以及在极短的时间内存在的大量不稳定的高能粒子，今天我们要说的μ子就是其中之一！
宇宙射线撞击地球大气后，在100公里处会产生高能粒子簇，其中就包括μ子，但μ子不稳定，在短短的2.2微秒就会衰变，就算以光速旅行它也只能行进660米，根本不足以到达地球表面，但由于相对论，在我们外部的观察者来看，时间膨胀效应大大延长了μ子的飞行距离，使我们在地面上可以检测达它。
那么问题是：μ子到达地面的相对论效应是我们外部观察者看到的，那μ子本身是如何看待这次旅行的？
μ子的来源
我们所知的一切，所有的原子、分子、行星、恒星、星云和星系，这些物质都是由少数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。现在宇宙中的中微子和反中微子目前很少发生相互作用（这跟它们自身的能量和反应横截面有关），还有暗物质，它们之间只存在引力作用。
剩下的所有其他存在的基本粒子，以及所有其他能被创造出来的粒子，在本质上都不稳定，这意味着它们会随着时间的推移衰变成更轻更稳定的粒子。
在所有的不稳定粒子中，μ子还算比较稳定，平均可以存在2.2微秒，比任何其他不稳定粒子存在的时间都要长一个数量级。μ子有点像电子的近亲，拥有所有相同的属性：
轻子数,
电荷,
自旋,
磁矩,
除了它的质量是电子的206倍，以及会在短时间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，因为宇宙的高能粒子（宇宙射线）一直在撞击我们的大气层，宇宙射线中大多是质子，但它们以极高的能量进入大气层，当它们撞击高层大气中的原子时，会自发地产生粒子簇射，包括物质-反物质对，以及重而不稳定的粒子，如π介子，然后π介子会发生衰变产生μ子。比较奇怪的是，如果你现在伸出手掌，大约每秒就会有一个μ子穿过你的手掌。
μ子在有限的寿命内为什么会到达地面？
新粒子的产生现在对我们来说并不奇怪，因为E = mc^2，只要以足够高的速度将两个粒子相撞，就可以自发地创造出新的物质粒子（这就是对撞机的原理）。但奇怪的是即使μ子以接近光速的速度移动（30万公里/秒），但它们的寿命只有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公里处产生的，或者10万米高！因此在我们看来，μ子永远不会掉到地面上。然而，相对论告诉我们，当物体接近光速时，它们的时间会变慢。
从外部观察者的角度来看，一个以99.9995%光速运动的μ子，它的时间流逝速度只有静止的μ子的1/1000。因此平均来看，μ子可以飞660公里，而不是660米，然后才会衰变。这种差异对于一个平均寿命为2.2微秒的μ子来说，意味着它有86%的几率击中我们的手掌。如果没有时间膨胀，这个几率只有1 / 10^66。
那么μ子是如何感知相对论效应呢？因为，在它的参照系中，μ子可以正常地感受到时间的流逝，它是在大气层的顶端被创造出来的，而且必须一路到达地面。但是“一路到地面”对介子的意义和对我们的意义是不一样的！
这里插一句，想要强调的是，相对论之所以有相对两个字，是因为相对论里的时间效应是相对于别人的，而不是我们自身感受到的效应。例如，我们以光速旅行，别人会看到我们的时间变慢了，但在我们自己看来，我们的时间流逝速度并没有变化。你能活一百年还是一百年，但你的一百年相对于外部观察者可能就是几百年。
当μ子正常地感受时间流逝时，它还会看到周围的世界以99.9995%的光速朝它移动。除了时间膨胀之外，μ子还会受到长度收缩的影响，这意味着μ子必须行进的100公里，在它看来只有100公里的千分之一，也就是100米。因此从μ子的角度来看，它有86%的几率在衰变之前到达地面。
μ子的相对论效应也可以为我们带来另外一种可能性：如果我们把μ子加速到接近光速的速度，就可以延长其寿命，那么我们可以用它来建造终极粒子加速器/对撞机！
μ子将为下一代粒子加速器提供希望
为什么这样说呢？目前的加速器不管是大型强子对撞机（LHC），还是之前大型电子对撞机（LEP），它们分别加速的是电子和质子这两个带电粒子。
我们都知道带电粒子在环形磁场中加速运动时，会以电磁波的形式发出同步加速辐射，并损失能量。当速度达到一定程度时，损失的能量会和加速器提供的能量相平衡。如果超过这个速度阈值，那么损失的能量会大于加速器所提供的能量，因此这就成为粒子加速器加速粒子的障碍。
还有同步加速辐射损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，损失的能量就越多，而电子是最轻的带电粒子，因此我们后来就选用了质子作为加速粒子，因为质子是电子质量的1836倍。但是质子也有它的缺点，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分散掉一部分能量，而且相撞后的场面可以说是一片混乱，会产生大量的“粒子碎片”，我们想在其中找到新粒子，就如大海捞针。
而μ子的性质正好处在电子和质子中间，它的质量是电子的206倍，这样就可以减小同步加速辐射；并且μ子是基本粒子，相撞时不会产生能量分散，也不会造成大量的粒子碎片。之前反驳μ子加速器的不可能实现的原因是，它极端的寿命，但相对论完全解决了这个问题。
因此环形μ子加速器/对撞机很可能是未来粒子加速器的一个方向，它将有望超越LHC，进入宇宙的下一个可探测领域。
