कॉस्मिक मून्स: टाइम डिलेशन मेड विज़िबल

1 · भविष्यवाणी

वायुमंडल में उच्च ब्रह्मांडीय किरणों द्वारा निर्मित म्यूऑन का उचित जीवनकाल केवल 2.2 माइक्रोसेकंड का होता है - लगभग प्रकाश गति से, बिना सहायता के जमीन तक पहुंचने के लिए पर्याप्त समय नहीं। फिर भी समुद्र तल पर बड़ी संख्या में म्यूऑन पाए जाते हैं। क्या समय का फैलाव इसकी व्याख्या करता है?

• नहीं - म्यूऑन को अपेक्षा से अधिक जमीन के करीब बनाया जाना चाहिए।
• इसका सापेक्षता से कोई लेना-देना नहीं है.
• हाँ - fast-moving म्यूऑन की क्षय घड़ी पृथ्वी के फ्रेम से धीमी गति से चलती है, जिससे इसका अवलोकन किया गया जीवनकाल जमीन तक पहुंचने के लिए पर्याप्त हो जाता है।

2 · सेट अप

1. muon-time-dilation प्रीसेट खोलें और रीसेट दबाएँ। म्यूऑन का उचित जीवनकाल 2.2 µs, गति β = 0.995 पर निर्धारित है।
2. लोरेंत्ज़ फ़ैक्टर और dilated-lifetime रीडआउट सक्षम करें।
3. प्रत्येक परीक्षण के लिए म्यूऑन की गति निर्धारित करें और इसके विस्तारित (पृथ्वी-फ़्रेम) जीवनकाल को रिकॉर्ड करें।

3 · डेटा एकत्रित करें

आपके तीन परीक्षणों के लिए γ (x-अक्ष) के विरुद्ध विस्तृत जीवनकाल Δt (y-अक्ष) प्लॉट करें। क्या रेखा मूल बिन्दु से होकर सीधी जाती है?

4 · विश्लेषण करें

1. एक परीक्षण के लिए, γ = 1 /√(1 - β²), फिर Δt = γ·(2.2 µs) की गणना करें। तालिका से तुलना करें. पुष्टि करें β = 0.995 लगभग दस गुना जीवनकाल विस्तार देता है।
2. समय के फैलाव के बिना, यहाँ तक ​​कि लगभग हल्की गति पर भी 2.2 μs का उचित जीवनकाल एक म्यूऑन को केवल 660 मीटर के आसपास ही यात्रा करने देता है - ~ 15 किमी वायुमंडलीय ऊँचाई से बहुत कम जहाँ अधिकांश बनाए जाते हैं। बताएं कि आपके द्वारा गणना किया गया विस्तारित जीवनकाल इस तस्वीर को कैसे बदलता है।

5 · विस्तार

1. म्यूऑन के स्वयं के संदर्भ फ्रेम से, इसका जीवनकाल अभी भी केवल 2.2 µs है - लेकिन म्यूऑन वातावरण को length-contracted 'देखता' है, इसलिए इसे इतनी दूर तक यात्रा करने की आवश्यकता नहीं है। बताएं कि दोनों स्पष्टीकरण (पृथ्वी-फ़्रेम समय फैलाव, या muon-frame लंबाई संकुचन) सटीक समान प्रयोगात्मक परिणाम की भविष्यवाणी क्यों करते हैं: म्यूऑन जमीन तक पहुंचता है।
2. 1941 रॉसी-हॉल प्रयोग में पर्वत की चोटी पर बनाम समुद्र तल पर म्यूऑन गणना की तुलना विशेष सापेक्षता के समय फैलाव की पहली प्रत्यक्ष प्रयोगात्मक पुष्टियों में से एक थी। दो अलग-अलग ऊँचाईयों पर गणनाओं की तुलना करना इस भविष्यवाणी का परीक्षण करने का एक चतुर तरीका क्यों हो सकता है?

इस प्रयोग के पीछे का भौतिकी

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