Kosmické miony: dilatace času viditelně

1 · Predikuj

Miony vznikající kosmickým zářením vysoko v atmosféře mají vlastní životnost jen asi 2.2 mikrosekundy — zdaleka ne dost času, při téměř rychlosti světla, na dosažení země bez pomoci. A přesto jsou miony detekovány na hladině moře ve velkém počtu. Vysvětluje to dilatace času?

• Ne — miony musí vznikat blíž zemi, než se čekalo.
• Tohle s relativitou nesouvisí.
• Ano — hodiny rozpadu rychle se pohybujícího mionu jdou ze soustavy Země pomalu, což prodlužuje jeho pozorovanou životnost dost na dosažení země.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu muon-time-dilation a stiskni Resetovat. Vlastní životnost mionu je pevně 2.2 µs, rychlost β = 0.995.
2. Zapni odečty Lorentzova činitele a dilatované životnosti.
3. Nastav rychlost mionu pro každý pokus a zapiš jeho dilatovanou (zemskou) životnost.

3 · Sbírej data

Vynes dilatovanou životnost Δt (osa y) proti γ (osa x) pro své tři pokusy. Prochází čára počátkem?

4 · Analyzuj

1. Pro jeden pokus spočti γ = 1/√(1 − β²), pak Δt = γ·(2.2 µs). Porovnej s tabulkou. Potvrď, že β = 0.995 dává zhruba desetinásobné prodloužení životnosti.
2. Bez dilatace času by vlastní životnost 2.2 µs při téměř rychlosti světla dovolila mionu urazit jen asi 660 m — daleko za ~15 km výškou atmosféry, kde většina vzniká. Vysvětli, jak dilatovaná životnost, kterou jsi spočítal, mění ten obraz.

5 · Rozšiř

1. Z vlastní vztažné soustavy mionu je jeho životnost pořád jen 2.2 µs — ale mion „vidí“ atmosféru kontrahovanou, takže nemusí letět tak daleko. Vysvětli, proč obě vysvětlení (dilatace času v soustavě Země nebo kontrakce délky v soustavě mionu) predikují přesně stejný experimentální výsledek: mion dosáhne země.
2. Experiment Rossi-Hall z roku 1941 porovnávající počty mionů na horském vrcholu versus na hladině moře byl jedním z prvních přímých experimentálních potvrzení dilatace času speciální relativity. Proč by porovnávání počtů ve dvou různých výškách mohl být chytrý způsob testování této predikce?

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky