Kosmilised müoonid: aeglasenemine nähtavaks

1 · Ennusta

Müoonid, kes tekivad kosmilise kiirguse poolt kõrgel atmosfääris, omavad oma elueaks ainult umbes 2,2 mikrosekundit — ei küllaldaselt aega, peaaegu valguskiirusel, et abita maapinnale jõuda. Ometi tuvastatakse müoone mere tasemel suures koguses. Kas aeglasenemine seda selgitab?

• Ei — müoonid peavad tekkima maapinnale lähemal kui oodatud.
• Sel pole relatiivsusega midagi tegemist.
• Jah — kiiresti liikunud müooni lagunemiskell jookseb Maalt vaadatuna aeglaselt, pikendades tema vaadeldud eluiga piisavalt, et ta jõuaks maapinnale.

2 · Seadista

1. Ava müooni aeglasenemise eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Müooni oma eluiga on fikseeritud 2,2 µs, kiirus β = 0,995.
2. Lülita sisse Lorentzi teguri ja venitatud eluea näidud.
3. Sea iga katse jaoks müooni kiirus ja kirjuta üles tema venitatud (Maa raami) eluiga.

3 · Kogu andmeid

Joonista venitatud eluiga Δt (y-telg) γ (x-telg) suhtes oma kolme katse jaoks. Kas joon on sirge läbi origo?

4 · Analüüsi

1. Arvuta ühes katses γ = 1/√(1 − β²), seejärel Δt = γ·(2.2 µs). Võrdle tabeliga. Kinnita, et β = 0.995 annab umbes kümnekordse eluea pikenduse.
2. Ilma aeglasenemiseta, isegi peaaegu valguskiirusel, laseb 2,2 µs oma eluiga müoonil lennata ainult umbes 660 m — kaugele jääb ~15 km atmosfääri kõrgusest, kus enamik tekib. Selgita, kuidas sinu arvutatud venitatud eluiga seda pilti muudab.

5 · Laienda

1. Müooni enda viiteraamis on tema eluiga endiselt ainult 2,2 µs — aga müoon „näeb“ atmosfääri pikkuskahanenuna, seega ta ei pea nii kaugele lendama. Selgita, miks mõlemad selgitused (Maa raami aeglasenemine või müooni raami pikkuskahanemine) ennustavad täpselt sama eksperimentaalset tulemust: müoon jõuab maapinnale.
2. 1941. aasta Rossi-Halli eksperiment, mis võrdles müoonide arvu mäe tipul versus mere tasemel, oli üks esimesi otseseid eksperimentaalseid kinnitusi erirelatiivsuse aeglasenemisele. Miks võiks arvude võrdlus kahel erineval kõrgusel olla nutikas viis selle ennustuse testimiseks?

Selle eksperimendi füüsika

← Tagasi eksperimendi juurde

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte