Мюо́н ($μ$), нестабильная заряженная элементарная частица со спином ½, массой 105,7 МэВ, временем жизни $2,2·10^{–6} с;$ относится к группе лептонов. Как всякий фермион, мюон имеет античастицу. Мюон принято обозначать символом $μ^–$ (аналогично электрону $e^-$), антимюон – $μ^+$ (аналогично позитрону $e ^+$). Мюон открыт в 1936 г. К. Андерсоном и С. Неддермейером при анализе частиц космических лучей. Мюоны возникают в космических лучах при распаде $π$- и ${K}$-мезонов, обильно образующихся в ядерно-каскадных ливнях:

$$π^+→μ^+ +ν_μ,\, π^-→μ^- + \tilde ν_μ$$$${K^+} →μ^+ +ν_μ.$$Относительно медленно распадающиеся мюоны, возникающие в верхних слоях атмосферы, с учётом релятивистского замедления распада легко достигают поверхности Земли. На уровне моря мюоны составляют около 80 % от всего количества регистрируемых космических лучей. В лабораторных условиях мюоны генерируются на ускорителях высокой энергии, в основном как продукты распада $π$- и ${K}$-мезонов, возникающих при взаимодействиях быстрых частиц. В результате получают пучки мюонов интенсивностью до 10⁸–10⁹ частиц/с.

Поскольку масса мюона является промежуточной между массами электрона и протона, мюон сначала (до открытия $π$-мезона) был назван $μ$-мезоном. Ныне термин «мезон» закреплён за частицами с целым спином, обладающими сильным взаимодействием ($π$-мезоны и др.).

Мюон, как и другие заряженные лептоны, наряду с электромагнитным взаимодействием участвует в специфическом слабом взаимодействии. При этом во всех процессах слабых взаимодействий у мюона сохраняется особое мюонное лептонное число $L_μ$, которое относится к мюону и связанному с ним мюонному нейтрино. Принято считать, что $L_μ=+1$ для пары $(μ^-,\, ν_μ)$ и $L_μ=–1$ для пары ($μ^+,\, \tilde ν_μ$). Слабое взаимодействие обусловливает распад мюона на более лёгкие частицы, в основном на электрон и 2 нейтрино: $${μ^- → e^- + \tilde ν_μ+ν_μ \qquad (BR≈100\%).}$$$${μ^- → e^{-} + \tilde ν_μ+ν_μ +γ \qquad  (BR≈1\%).}$$Здесь ${BR}$ (англ. Branching Ratio) – вероятность распада по данному каналу. Моды распадов мюона с нарушением лептонного числа $L_μ$ пока не обнаружены. Существуют ограничения на вероятность распадов мюона по другим модам:
$${BR \,(μ^{-} →e^- +γ)<1,1·10^{-11},}$$$${BR\, (μ^{-} →e^{-} +e^+ +e^{-} ) <1,0·10^{-12},}$$$${BR\, (μ^{-} →e^{-} +2γ) <7,2·10^{–11} .}$$Проявлением слабого взаимодействия мюонов служат также реакции поглощения мюонов в веществе:
$${μ^{-} +A(N,\, Z)→ ν_μ +A(N,\,Z-1).}$$Здесь $A,\, N,\, Z$ – соответственно массовое число, число нейтронов и число протонов у ядра вещества. В этом случае реакция, идущая с нарушением лептонного числа $μ^{-} +A(N,\,Z) →e^{-} +A(N,\,Z)$, также не обнаружена. Вероятность переходов $μ^-$ в электрон $e^–$ при поглощении мюонов ядрами по сравнению с разрешённым переходом $μ^– →ν_μ$ составляет $< 7· 10^{–13}$ в наиболее точных экспериментах (в случае ядра золота ${Au}$). Поскольку природа сохранения мюонного лептонного числа $L_μ$ пока не понята, предпринимаются эксперименты по дальнейшему уменьшению предельных значений BR распадов мюонов, нарушающих $L_μ$.

Ввиду обнаружения эффекта осцилляции разных типов нейтрино, абсолютного запрета на нарушение лептонного числа $L_μ$ (как и других лептонных чисел) быть не может. Однако вероятности распадов мюонов, оценённые в рамках Стандартной модели элементарных частиц с учётом наличия нейтринных осцилляций, оказываются на уровне 10^–50, который вряд ли экспериментально достижим. В то же время при нарушении Стандартной модели (существовании суперсимметрии) модельные расчёты допускают наличие ${BR}$ для распада $μ^–→ e^{–}+γ$ на уровне $10^{–13}–10^{–14}$. Такая точность уже доступна эксперименту, и при обнаружении этого распада можно существенно продвинуться в понимании новых закономерностей в мире элементарных частиц.

Мюоны играют важную роль в качестве инструмента при изучении других элементарных частиц и различных свойств вещества. В силу нарушения закона сохранения чётности в слабых взаимодействиях мюоны, образующиеся в распадах $π^+ →μ^+ +ν_μ$_, ${K^+ → μ^{+} +ν_μ}$, всегда поляризованы. В системе покоя распадающихся мюонов спин $μ^+$ с вероятностью 100 % ориентирован против его импульса. При распаде движущихся мюонов степень поляризации меньше 100 %, но может быть достаточно высокой, что широко используется для создания пучков поляризованных мюонов на современных ускорителях частиц.

Мюоны высоких энергий (около 100 ГэВ) используют для изучения спиновой структуры нуклонов, состоящих из кварков; мюоны низких энергий (около десятков МэВ) применяют для изучения магнитной структуры различных веществ – высокотемпературных сверхпроводников, трансформаторных сталей, электролитов и др. (т. н. метод мюонной спиновой релаксации).

При остановке мюонов низких энергий в веществе могут образовываться мюонные атомы (на времена, характерные для времени жизни мюона). Так как масса мюона $m_μ$ в 207 раз больше массы электрона $m_e$, боровские орбиты таких атомов существенно ближе к поверхности ядра, что открывает дополнительные возможности изучения особенностей строения ядер (особенно тяжёлых).

Участие мюонов только в двух типах взаимодействий (не считая гравитационного) обусловливает их исключительную проникающую способность. При высоких энергиях потери мюонов на тормозное излучение при прохождении через вещество меньше потерь электронов в отношении $(m_μ /m_e)^2$, т. е. в $∼ 10^4$ раз; потери за счёт слабого взаимодействия вообще не существенны. В результате мюоны космических лучей высоких энергий (> 1 ТэВ) способны проникать в грунт на несколько км. Такая высокая проникающая способность мюонов используется в прикладной геофизике. Характер поглощения потока космических мюонов в зависимости от их энергии и толщины пронизываемого грунта хорошо изучен. Тем самым при исследовании потока мюонов в подземных выработках можно оценивать среднюю плотность пород над выработкой. Эти данные при анализе изменения средней плотности вдоль выработки дают информацию о составе и строении, закарстованности, обводнённости пород, наличии полезных ископаемых над выработкой.