Космически мюони: забавяне на времето, станало видимо

1 · Предскажи

Мюони, създадени от космически лъчи високо в атмосферата, имат собствен живот от едва около 2.2 микросекунди — никак не достатъчно време, при почти светлинна скорост, да стигнат невъоръжени до земята. Ала мюони се детектират на морското равнище в големи количества. Обяснява ли това забавянето на времето?

• Не — мюоните трябва да се създават по-близо до земята, отколкото очаквано.
• Това няма нищо общо с относителността.
• Да — часовникът на разпад на бързо движещ се мюон бавни от земната система, удължавайки наблюдавания му живот достатъчно, за да стигне земята.

2 · Постановка

1. Отвори настройката мюонно забавяне и натисни Нулирай. Собственият живот на мюона е фиксиран на 2.2 µs, скорост β = 0.995.
2. Включи показанията за Лоренцов фактор и удължен живот.
3. Задай скоростта на мюона за всеки опит и запиши удължения му (земно-системен) живот.

3 · Събери данни

Чертай удължения живот Δt (ос y) спрямо γ (ос x) за трите си опита. Права ли е линията през началото?

4 · Анализирай

1. За един опит изчисли γ = 1/√(1 − β²), после Δt = γ·(2.2 µs). Сравни с таблицата. Потвърди, че β = 0.995 дава приблизително десетократно удължаване на живота.
2. Без забавяне на времето, дори при почти светлинна скорост, собствен живот 2.2 µs позволява на мюон да измине само около 660 m — далеч от ~15 km атмосферна височина, където повечето се създават. Обясни как удълженият живот, който изчисли, променя тази картина.

5 · Надгради

1. От собствената отправна система на мюона животът му пак е само 2.2 µs — но мюонът „вижда“ атмосферата скъсена по дължина, така че не му трябва да пътува толкова далеч. Обясни защо и двете обяснения (земно-системно забавяне на времето, или мюонно-системно скъсяване на дължината) предсказват точно същия експериментален изход: мюонът достига земята.
2. Експериментът Роси-Хол от 1941 г., сравняващ броя мюони на планински връх спрямо морското равнище, бе едно от първите преки експериментални потвърждения на забавянето на времето по специалната относителност. Защо сравняването на броя на две различни височини би бил умен начин да се тества това предсказание?

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат